碳基双电层电容器电极材料的研究进展

刘 小 军 等 ： 基 双 电 层 电 容 器 电 极 材 料 的 研 究 进 展／ ０ １ ■ ｌ 碳 ２１ 年 ｌ霸
１ 双 电层 ．
Baidu Nhomakorabea
２ 电解 液 ．
３ 电极 ．
４ 负 载 ．
大 规模 商 业 应 用口 。作 为一 种 绿 色 环保 、 能 优 异 ］ 性
的新 型储 能器 件 ， 基 双 电层 电容 器 应用遍 及 国 防 、 碳 军
图 １ 双 电 层 电 容 器 的 原 理 示 意 图
Ｆｉ．１ Ｐｒ ｎ ｉ ｅｏ ｌｃ ｒｃ ｄ ｕｂｅ ｌ ｙ ｒ ｃ ｐａ ｉｏ ｓ ｇ ｉ ｃｐｌ ｆｅ ｅ ｔ ｉ ｏ ｌ－ａ ｅ ａ ｃ ｔｒ
工 以及 电动汽 车 、 字通 讯 、 数 计算 机等 众多 民用 领域 。
由于界 面上存 在 一 个 位 垒 ， 两层 电荷 都 不能 越 过 边 界 彼此 中和 ， 同 一 个 平 板 电 容 器 ， 而存 在 电容 如 因
量 。为形 成稳 定 的双 电 层 ， 须采 用 不 与 电解 液 发 生 必
关 键 词 ： 电层 电容 器 ； 双 工作 原 理 ； 基 材料 碳 中图分类号 ： ＴＭ ４ ２２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ ２ ４ ５ ２ １ ） １ ０ ０ —０ １ ７ —５ ２ （ ０ １ １ — ０ ７ ３
碳基 材料 作 为能 源 材 料 日益 受 到 重 视 ， 比表 面 用 积 较 大 的活性 炭制 作双 电层 电容 器 （ ＤＬ 的 电极 就 Ｅ （ ）
器 ， １５ 自 ９ ７年 美 国通用 电器 公 司 申请 了首 个 以多孔 炭
＿ ％ ％ 卜 ＋
（ ） 外 加 电源 时 电 位 Ａ 尤 （ 有 外 加 电源 时 电 位 Ｂ）
为 电极材 料 的双 电层 电容 器 专利 以来 ， 基 双 电层 电 碳
容 器 受到 了世 界各 国科 研人 员 的高度 重视 ： 渐得 到 并逐
２ 西安 交通 大学 第一 附属 医院 ， ． 陕西 西安 ７ ０ ６ ；． 州；环 集 团股份 有 限公 司 ， 东 潮 州 ５ １ ０ ） １０ １３ 潮 广 ２ ０ ０
摘 要 ： 电层 电容 器 是 一 种 介 于 电池 与传 统 电 容 器 之 间的 新 型 储 能 元 件 ， 有 较 高 的 能 量 密度 和 功 率 密 度 ， 充 双 具 且 电 速 度 快 、 环 寿命 长 、 环 境 无 污 染 ， 泛 应 用 于 国 防 、 工 以及 电动 汽 车 、 字 通 讯 、 算机 等 众 多 民 用 领 域 。 简 述 了 循 对 广 军 数 计 双 电层 电容 器 的基 本 工作 原理 ， 述 了碳 基 双 电层 电 容 器 电极 材 料 的 研 究进 展 。 综
２ 碳 基 电极 材 料
电极 材料 是超 级 电 容 器 的重 要 组 成部 分 ， 是 决 也
定超 级 电容器 性 能的关 键 因素 。碳基材 料具 有优 良的 导热 和导 电性 能 ， 密 度 低 、 化 学 腐 蚀性 能 好 、 膨 其 抗 热 胀系 数小 、 弹性 模量 适 中 ， 具有 巨大 的 比表 面 积 ， 备 制 过程 中孔 径分 布可 以调 控 ， 可根 据 需 要 制成 多 种 形 且
极 表 面剩余 电荷数 量相 等而 电性 相反 的界 面层 。这 样
充 电界面 由两个 电荷层 组成 ， 一层 在 电极 上 ， 另一层 在 溶 液 中 ， 而成 为 双 电层 ｌ ， 图 １所示 。 从 ＿ 如 ５ ］
基 金 项 目 ： 西 国 防 工 业 职 业技 术 学 院 科 学 基 金 资 助 项 目（ ｙ ００ ） 陕 Ｇｆｌ ５
收 稿 日期 ：０ １ Ｏ —２ ２１一 ８ ５
作 者 简 介 ： 小 军 （９ ２ ） 男 ， 刘 １ ８ 一 ， 湖北 黄 冈人 ， 士 ， 硕 助教 ， 要 从 事储 能 材料 的研 究 ， — ｉ ｌ ｃｎ ９ ２ １ １ ３ ｃｍ。 主 Ｅ ｍａ ：ｕ ａ １８ １ ＠ ６ ．ｏ ｌｉ
是 碳 基材 料在 能 源领域 的重 要应 用之 一 。 双电层 电容 器 是 一种新 型 电化 学 能量 储 存 装 置 ， 电容 比传 统 电 其 容 器 大得 多 ， 电容 量 为 法 拉 级 ； 构 与 性 能 类 似 于 电 结 池 ， 有 功率 密度 高 、 电速 度快 、 环寿命 长 、 环境 具 充 循 对 无 污 染等 优点 。双 电层 电容 器是 最早 出现 的超 级 电容
ｌ 双 电层 电容 器 工 作 原 理
双 电层 电容器 是建 立在 界 面双 电层理 论基 础上 的
一
化学 和 电化学 作用 、 电性 能 良好 的极 化 电极 ， 导 同时还 应 人 为施 加直 流 电压 ， 使 电极 和 电解 液 两相 界 面发 促 生“ 化” 本 质上这 是 一种静 电型能量储 存方 式 。 极 ，
种全 新 的 电容器 ｌ 。双 电层 电容 器 电极材 料 主要 为 ＿ ４ ］
１７ ８ ９年 ， 国人 Ｈｅｍｏ ｏｔ 德 ｌ ｈｌ ｚ最 早 提 出 了 双 电层
碳 基 材料 ， 以双 电层 形式 储存 能量 。
理 论 ， 为 金属 表 面上 的净 电荷将 从 溶 液 中 吸引 部 分 认 不 规 则分 配 的离子 ， 使它 们在 电极 ／ 液界 面 的溶液 一 溶 侧 离 电极 一定 距离 排 成一 排 ， 成 一个 电荷 数 量 与 电 形
亿 亏 与 生 物 互 程 ２１， １８ ｏ１ ０１ ｏ２ Ｎ＿１ Ｖ ．
Ｃｈ ｍ ｉ ｒ ＆ Ｂｉ ｎ ｎ ｅ ｉｇ ｅ ｓ ｙ ｔ ｏｅ ｇｉｅ ｒ ｎ
碳 基 双 电层 电容 器 电极 材 料 的 研 究 进 展
刘小 军 ， 新 华 ， 徐 黄壮 昌 （． １ 陕西 国防工 业职 业技 术 学院化 学 工程 学院 ， 西 西安 ７ ０ ０ ； 陕 １ ３ ２