超级电容器PPT课件

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3-2 法拉第赝电容
充电时，电解液中的离子在外加电
场的作用下向溶液中扩散到电极/溶液
界面，而后通过界面的电化学反应进入
放电时这些进入氧化物中的离
到电极表面活性氧化物的体相中；若电 子又会重新回到电解液中，同时所
极材料是具有较大比表面积的氧化物， 存储的电荷通过外电路释放出来。
就会有相当多的这样的电化学反应发生，
缺 点
(1) 一个标准的超级电容器每单位重量储存的能量一般较低； (2) 高自放电率，大大高于电化学电池； (3) 非常低的内部电阻允许极快速放电时，容易导致隔膜破裂从而
发生短路。
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3-2 法拉第赝电容器
法拉第赝电容
法拉第赝电容器也叫法拉第准电容，是在电极表面活体相中的 二维或三维空间上，电极活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆 的化学吸附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。这 种电极系统的电压随电荷转移的量呈线性变化，表现出电容特征， 故称为“准电容”，是作为双电层型电容器的一种补充形式。
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特点
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超级电容器的特点
超
级
电容量大
电
容
器 可任意并联
的 增加电容量
八
大
特
工作温度范围宽
点
充放电寿命长
等效串联电阻 相对常规电容大
免维护，环保
大电流放电
快速充电
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分类
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超级电容器的分类
超级电容器
双电层电容器
静电作用（ helmholtz双电层 ）储能
法拉第赝电容器
电化学作用（ 法拉第反应）储能
法拉第赝电容器缺点：
由于电极反应牵涉到了化学反应过程，往往 会有不可逆的成分在，所以可逆性和循环性能相 对较差。
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3-3 混合型超级电容器
定义：
一极采用传统的电池电极并通过电化学反应来储存和转 化能量，另一极则通过双电层来储存能量的一种超级电容器。
法拉第赝电容
双电层电容
混合型超级电容器是电容器研 究的热点。在超级电容器的充放电 过程中正负极的储能机理不同，因 此其具有双电层电容器和电池的双 重特征。混合型超级电容器的充放 电速度、功率密度、内阻、循环寿 命等性能主要由电池电极决定，同 时充放电过程中其电解液体积和电 解质浓度会发生改变。
法拉第赝电容器
导电聚合物 金属氧化物
聚苯胺 聚吡咯 聚乙炔
RuO2 MnO2 V2O5
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4-1 超级电容器的电极材料
1.活性炭
优势：
1、成本低 2、比表面积高 3、实用性强 4、生产制备工艺成熟 5、高比容量，能达到 500F/g，一般为200F/g
性能影响因素：
1、炭化、活化条件，高温处理 2、孔分布情况 3、表面官能团 4、杂质
充电时，在固体电极上电荷引 力的作用下，电解液中的阴阳离子 分别聚集在两个固体电极的表面。
放电时，阴阳离子离开固体 电极的表面，返回电解液本体。
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+
-
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+
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+
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+
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+
+
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+
+
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-
(a) 充电
-
+
+
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+
+-
-
+-
+
-
-
+
(b) 放电
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3-1 双电层电容器
双电层电容的优缺点
(1) 寿命长，能维持数百万个充电循环的寿命；
活性炭 碳气凝胶 碳纳米管 石墨烯
金属氧化物
混合型超级电容器
静电和电化学作用共同储能
导电聚合物
对称型电极
非对称型电极
可充电电池型
复合电极材料 赝电容+双电层电极
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3-1 双电层电容器
双电层电容原理
其储能过程是物理过程，没有化学反应且 过程完全可逆，这与蓄电池电化学储能不同
由于正负离子在固体电极和电解液之间的表面上分别吸附， 造成两固体电极之间的电势差，从而实现能量的存储。
超级电容器
超级电容器
目录
1
2
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概念
特点
分类
5
6
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制作工艺
性能指标
应用
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结构
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生产厂家
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概念
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超级电容器的概念
什么是超级电容器？
超级电容器（supercapacitor）是指相对传统电容器而 言具有更高容量的一种电容器。通过极化电解质来储存能量。
超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既 具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。
(2) 每个周期的平均成本低；
(3) 良好的可逆性；
优
(4) 充电和放电率非常高；
点
(5) 非常低的内部电阻和随之而来的高周期效率（95%以上）和极 低的放热；
(6) 高输出功率；
(7) 比功率高；
(8) 使用无腐蚀性的电解质和低毒性的材料，提高了安全性；
(9) 简单的充电方法，不必进行过充检测，因为没有过充的可能。
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3-3 混合型超级电容器
锂离子电容器
结 构 图
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3-3 混合型超级电容器
充电
电解液 中的Li+嵌入 到石墨层间 形成嵌锂石 墨，同时， 电解液中的 阴离子则吸 附在活性炭 正极表面形 成双电层。
锂离子电容器机理
放电
Li+从负极 材料中脱出回到 电解液中，正极 活性炭与电解液 界面间产生的双 电层解离，阴离 子从正极表面释 放，同时电子从 负极通过外电路 到达正极。
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结构
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超 级 电 容 器 结 构
超级电容器的结构
电极
电解液 隔膜
电极材料 导电剂 粘结剂 集流体
无机电解液 有机电解液 离子电解液
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超级电容器的结构
超级电容器的结构示意图
集
流 体
隔 膜
电极材料
电解液
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超级电容器的结构
超级电容器的电极材料
双电层电容器
电极材料
炭材料
实例
活性炭 碳纳米管 碳气凝胶 石墨烯
研究趋势：材料复合，降低成本
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4-1超级电容器的电极材料
2.碳纳米管
单壁纳米管 多壁纳米管 优点：高导电率，比功率高， 缺点：比表面积小，成本高。
因此一般作为添加剂使用
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4-1 超级电容器的电极材料
大量的电荷就被存储在电极中。
A–
C+
机理
C+
+
A– A– C+
–
+
A– A– A–
C+ C+
C+
A–
C+
A–AC– +
–
A– C+
A– A–
C+ C+
C+
(a) 充电
(b) 放电
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3-2 法拉第赝电容器
ห้องสมุดไป่ตู้
法拉第赝电容的优缺点
法拉第赝电容器优点：
在电极面积相同的情况下，法拉第赝电容器 的比电容是双电层电容器的10-100倍，同时具有 较大的比容量和能量密度。
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三种超级电容器对比
三种超级电容器的优缺点对比
双电层电容器
工作温度范围宽
温度变化小
优
功率密度高
点
安全性高 寿命高
已商业化
缺
电压低 能量密度低
点
成本高
自放电大
法拉第赝电容器
能量密度大
功率密度低 电压低
除RuO2外研究中 成本最高
混合超级电容器
工作温度范围宽 能量密度高 安全性高 寿命高
产业化推进中 温度变化大 功率密度低 成本较高