超级电容器电极材料的研究参考完成-PPT课件

超级电容器是一种介于普通电容器和二次ຫໍສະໝຸດ Baidu池之间的新型 储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、 节约能源和绿色环保等特点。
2.超级电容器的原理
• 根据储能机理的不同，超级电容 器可以分为双电层电容器和赝电 容电容器。双电层电容器是利用 电极和电解质之间形成的界面双 电层电容来存储能量，其电极通 常采用具有高比表面积的多孔炭 材料；而赝电容，是指在电极表 面或体相中的二维或准二维空间 上，电活性物质进行欠电位沉积， 使其发生快速、可逆的化学吸附 /脱氧吸附/还原反应，从而产生 比双电层电容更高的比电容。 • 超级电容器分为：电极、电解质、 集流体和隔离物四大部分。
3.超级电容器的应用
2.超级电容器在电动大客车的应用
4.超级电容器电极材料及研究现状
• 超级电容器电极材料主要是金属氧化物和导电聚合物。金 属氧化物基电容器目前研究最为成功的主要是氧化钉/硫 酸水溶液体系。但是，氧化钉价格昂贵，不易实现商业化 ，而且其相应的电解质对环境不友好，对集流体的要求较 高，从而限制了它的应用。现在研究比较多的主要是对氧 化镍、氧化钴和氧化锰等的研究上。其中氧化镍和氧化钴 的比容量可达200~300F/g，但是他们的电位窗口相对较窄 ，能量密度较低。因此，氧化锰是另一种受到重视的过渡 金属氧化物电极材料。
超级电容器电极材料的研究
汇报内容
1 研究背景及意义 超级电容器的原理
2 3
超级电容器的应用
4 超级电容器电极材料及研究现状
5 6 电极材料的改进 总结
1.研究背景与意义
随着社会的发展，人们对能源的需求在不断增长，但是传 统的能源不可再生，环境的污染，持续升级的石油能源危 机使人们迫切需要一种清洁的、可再生的能源。近年来超 级电容器的相关研究和进展则顺应了人们对新型能源的需 求。
5、电极材料的改进
• （一）掺杂 • 对电极材料进行其他物质的参杂，不仅能提高电极的比热 容，而且能提高电极的功率特性. • 例如：参杂二氧化锰比未参杂的更有利于提高二氧化锰电 极的放电性能和循环性。这是因为参杂使二氧化锰的氧化 还原反应基本保持在生成可逆产物范围内而生成不可逆产 物相对减少，从而保证其循环性。
4.超级电容器电极材料及研究现状
• （四）、金属复合材料 • 金属复合电极材料目前研究的重点是找出合适的金属或氧 化物来替代钌，减少钌用量，降低成本，并提高电极材料 的比电容。如以比电容达250F/g的活性炭作为负极， 0.31mm厚的超薄型烧结复合镍钴电极材料作为正极，组 装了活性炭-烧结复合镍钴超级电容器，它的最大比能量 可达16Wh/kg，最大比功率达10KW/kg。
4.超级电容器电极材料及研究现状
• （一）、氧化锰电极材料 氧化锰资源广泛，价格低廉，具有多种氧化价态，而且对 环境无污染，在电池电极材料和氧化材料上已经广泛地得 到应用。现在用于超级电容器的氧化锰电极材料研究已经 取得了很大的进展。高比表面二氧化锰是一种价格低廉且 性能良好的新型电极材料。分别用溶胶凝胶法和电化学沉 积法来制备二氧化锰，通过比较发现，用溶胶凝胶法制备 的二氧化锰的比电容量比用沉积法制备的二氧化锰高出 1/3。达到698F/g，且循环1500次后，容量衰减不到10%。
4.超级电容器电极材料及研究现状
• （二）、氧化锰电极 • 氧化锰电极材料分为两类：氧化锰粉末电极和氧化锰薄膜 电极。 • 氧化锰粉末电极制备过程
•
氧化锰电极材料的制备方法： 液相沉淀法 Sol-Gel法 低温固相反应法 热分解法
4.超级电容器电极材料及研究现状
• （三）、薄膜电极 • 薄膜电极是指采取一定的方法在基片上直接沉积氧化锰， 或在基片上先沉积锰盐或纯锰，然后通过热分解或者氧化 方法生成氧化锰电极。制备过程不加入粘结剂和导电材料 ，因此该方法制备的电极一般都有比较薄，使得电解液与 氧化锰材料的接触机会增多，电解质的利用率较高，因此 制备的电极比容量相对比较高。 • 制备方法： 电化学法 Sol-Gel法 真空蒸发法
4、电极材料的改进
• （二）导电性的改进 • 超级电容器的电极材料应具有高比电容量，较小的电阻等 性能，以提高其功率输出的需要。 • 传统的物理方法制备的电极材料由于电极材料与集流体之 间的接触面积不足，使其电极活性物质领用率不高。 • 采用高比表面积炭黑直接加到制备电极材料的溶液中，制 备电极材料，减少电极的接触电阻，提高电极的动力学可 逆性，同时提高活性物质的利用率，增加电极的比电容。
超级电容器结构示意图
3.超级电容器的应用
1. 超级电容器的特点： 超级电容器的研制成功是储能设备（蓄电池）的一次革命： 其他储能设备，都是由电能转变成化学能，再由化学能转 变成电能，两次转变能量有损失，超级电容器直接充电， 再直接放电，能量形式没有转变，能量也没有损失；充放 电效率高达98％，经济价值大。 超级电容器比功率大，其特性是：充电时，充电量大，充 电量快；放电时，放电量大，放电量快。在电动车辆运行 时，起步快，加速快，爬坡有力，比铅酸电池大30多倍， 这是电动车能用得上最重要的性能。
3.超级电容器的应用
• 超级电容器用途非常广泛。可用于通讯科技、信息技术、 家用电器等各领域，如它可用作起重装置的电力平衡电源， 可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和 可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的 蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传 统的内燃机、改造现有的无轨电车。此外还可用于其他机 电设备的储能能源。
总结
• 超级电容器是一种介于普通电容器和二次电池之间新型无 维护储能元件，比功率是电池的10倍以上，储存电荷能力 普通电容器高，具有工作温度范围广、可快速充放电且循 环寿命长、无污染排放等优点，因此它的用途非常广泛。 • 超级电容器电极材料有碳材料、金属氧化物材料如氧化锰 电极，还有金属复合材料。不同的电极材料和不同的制备 方法得到不同性能的电极材料，因此可以通过在电极材料 里面掺杂其他元素同时改进电极材料的导电性来提高电极 材料的比电容和储能能力。