超级电容器电极制备PPT课件
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根据工作原理超级电容器课件
根据工作原理超级电容器课 件
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目录
• 超级电容器的概述 • 超级电容器的工作原理 • 超级电容器的组成与结构 • 超级电容器的性能参数 • 超级电容器的制造工艺 • 超级电容器的优缺点与前景展望
01
超级电容器的概述
定义与特点
定义
超级电容器是一种能够储存大量 电能的电子器件，通过极化电解 质来储存电荷。
加强与其他技术的结合
结合超级电容器和电池、燃料电池等其他能源存储技术，实现优势互 补，提高能源利用效率。
加强标准化和模块化设计
推动超级电容器的标准化和模块化设计，提高产品的互换性和可靠性。
感谢您的观看
THANKS
玻璃纤维膜
玻璃纤维膜具有较好的孔径分布和较高的热稳定性，在某些 特殊需求的超级电容器中也有应用。
超级电容器的电解液
有机电解质溶液
有机电解质溶液具有较高的离子导电 率和稳定性，是超级电容器中常用的 电解液类型。
固体聚合物电解质
固体聚合物电解质具有较好的化学稳 定性和机械性能，尤其在高温和低温 环境下表现出较好的性能。
通过熔融挤出、溶液浇铸或拉伸等方法制备薄膜，并经过热处理和 拉伸以提高其机械性能和电气性能。
薄膜处理
对薄膜进行表面处理，以提高其润湿性和电导率，并降低阻抗。
电解液的制备工艺
电解质的选用
选择具有高离子电导率、 低阻抗和稳定的电化学性 能的电解质，如有机电解 液和离子液体等。
电解质的配制
将电解质溶解在适当的溶 剂中，形成电解液，并调 整其浓度和成分以满足实 际需求。
04
超级电容器的性能参数
电化学性能参数
充放电时间
超级电容器的充放电时间较短， 可以在短时间内完成电荷的储 存和释放，提高能源利用效率。
contents
目录
• 超级电容器的概述 • 超级电容器的工作原理 • 超级电容器的组成与结构 • 超级电容器的性能参数 • 超级电容器的制造工艺 • 超级电容器的优缺点与前景展望
01
超级电容器的概述
定义与特点
定义
超级电容器是一种能够储存大量 电能的电子器件，通过极化电解 质来储存电荷。
加强与其他技术的结合
结合超级电容器和电池、燃料电池等其他能源存储技术，实现优势互 补，提高能源利用效率。
加强标准化和模块化设计
推动超级电容器的标准化和模块化设计，提高产品的互换性和可靠性。
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玻璃纤维膜
玻璃纤维膜具有较好的孔径分布和较高的热稳定性，在某些 特殊需求的超级电容器中也有应用。
超级电容器的电解液
有机电解质溶液
有机电解质溶液具有较高的离子导电 率和稳定性，是超级电容器中常用的 电解液类型。
固体聚合物电解质
固体聚合物电解质具有较好的化学稳 定性和机械性能，尤其在高温和低温 环境下表现出较好的性能。
通过熔融挤出、溶液浇铸或拉伸等方法制备薄膜，并经过热处理和 拉伸以提高其机械性能和电气性能。
薄膜处理
对薄膜进行表面处理，以提高其润湿性和电导率，并降低阻抗。
电解液的制备工艺
电解质的选用
选择具有高离子电导率、 低阻抗和稳定的电化学性 能的电解质，如有机电解 液和离子液体等。
电解质的配制
将电解质溶解在适当的溶 剂中，形成电解液，并调 整其浓度和成分以满足实 际需求。
04
超级电容器的性能参数
电化学性能参数
充放电时间
超级电容器的充放电时间较短， 可以在短时间内完成电荷的储 存和释放，提高能源利用效率。
石墨烯基超级电容器电极材料PPT课件
96%
➢ 高电导率(2.35×103 S m-1) ➢ 大比表面积(1500 m2 g-1)和相互交叉的电极结构有助于缩短电解
液中离子的扩散迁移路径
EI-Kady, MF et al. Nat. Commun. 2013, 4, 1475 第11页/共28页
石墨烯在双电层电容器中的应用
自组装法制备平面超级电容器
J. Xu et al. ACS Nano, 2010, 4, 5019
第20页/共28页
石墨烯在不对称电容器中的应用
石墨烯在不对称超级电容器中的应用
正极 • 石墨烯-金属
氧化物 • 石墨烯-导电
聚合物
负极 • 石墨烯 • 石墨烯-CNT • 石墨烯-AC • ……
• …… Graphene/CNT/PANI
10. H. Wang et al. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 , 7472 11. Z. S. Wu et al. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3595 12. J. Xu et al. ACS Nano, 2010, 4, 5019 13. K.S. Novoselov et al. Science, 2004, 306, 666
PANI在GO表面 异相成核
第19页/共28页
PANI在体相内 均相成核
石墨烯在法拉第赝电容器中的应用
氧化石墨烯-聚苯胺纳米线阵列
555 F g-1
PANI-GO PANI 92%
➢ 石墨烯表面的有序且较小直径的PANI纳米线可改善离子传 输，提高PANI的利用率
➢ 石墨烯承担部分PANI氧化还原时的机械变形 ➢ 竖直的PANI纳米线阵列可以灵活的应对应力变化
超级电容器电极材料的研究参考完成-PPT课件
参考资料
1. 张宝宏、张娜，纳米MnO2超级电容器的研究，物理化学学报， 2019.19期 2. 程杰、李晓忠、曹高萍、沈涛、杨欲生，活性炭-烧结复合镍钴超级电 容器，电池，2019.13期 3. 陈新丽、李伟善，超级电容器电极材料的研究现状与发展，广东化工 ，2019.7期 4. 摆玉龙，超级电容器电极材料的研究进展，新疆化工，2019.3期 5. 张治安、杨邦朝、邓梅根、胡永达，超级电容器氧化锰电极材料的研 究进展，无机材料学报，2019.3期 6. 王兴磊、欧阳艳等，四氧化三钴超级电容器电极材料的制备与研究， 无机盐工业，2009.9 7. 庞旭、马正青、左列，Sn掺杂二氧化锰超级电容器电极材料，物理化 学学报，2009.25期 8. 张伟、刘开宇等，MnO2超级电容器充放电过程研究，化学通报， 2019.3期
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。
超级电容器的研究PPT课件
2、孔径分布
孔径越大，电化学吸附速度越快，即使在比表面 积和总电容量相对低的情况下也可在大电流下传 递更多的能量。
超级电容器的研究
3、表面官能团
主要通过两种途径： 1）改变表面的润湿性能 2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发 , 要求活性炭材料表面的官能团有一个合适 的比例。
3) 液体电解质超级电容器 4) 固体电解质超级电容器
超级电容器的研究
三、碳材料超级电容器的性能特点
1、活性炭（AC）电极材料 性能特点：表面积较高，孔径可调，可批量 生产，价格低廉。
碳纤维
超级电容器的研究
2、碳气凝胶电极材料 优点：比表面积高，密度变化范围广，结构 可调。
制备方法如上图所示
超级电容器的研究
超级电容器的研究
2) 赝电容型超级电容器 (1) 金属氧化物材料 • 贵金属氧化物材料 —RuO2：无定型RuO2拥
有更高的电导率，更高的比电容，更高的电 化学可逆性。 • 替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和 NiO。
超级电容器的研究
(2) 导电聚合物材料
聚苯胺(PANI)、聚 吡(PPy)和聚噻吩
超级电容器的研究
超级电容器的研究
缺点：
如果使用不当会造成电解质泄漏等现象； 和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于 交流电路。
超级电容器的研究
二、超级电容器的分类
1. 按原理分：双电层型超级电容和赝电容 型超级电容器。
1) 双电层型超级电容器
包括：活性炭（粉、纤维）电极材料、碳气凝胶电极 材料、碳纳米管电极材料、石墨烯电极材料超级电 容器。
3、碳纳米管(CNT)电极材料：单壁纳米管和多 壁 纳米管
孔径越大，电化学吸附速度越快，即使在比表面 积和总电容量相对低的情况下也可在大电流下传 递更多的能量。
超级电容器的研究
3、表面官能团
主要通过两种途径： 1）改变表面的润湿性能 2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发 , 要求活性炭材料表面的官能团有一个合适 的比例。
3) 液体电解质超级电容器 4) 固体电解质超级电容器
超级电容器的研究
三、碳材料超级电容器的性能特点
1、活性炭（AC）电极材料 性能特点：表面积较高，孔径可调，可批量 生产，价格低廉。
碳纤维
超级电容器的研究
2、碳气凝胶电极材料 优点：比表面积高，密度变化范围广，结构 可调。
制备方法如上图所示
超级电容器的研究
超级电容器的研究
2) 赝电容型超级电容器 (1) 金属氧化物材料 • 贵金属氧化物材料 —RuO2：无定型RuO2拥
有更高的电导率，更高的比电容，更高的电 化学可逆性。 • 替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和 NiO。
超级电容器的研究
(2) 导电聚合物材料
聚苯胺(PANI)、聚 吡(PPy)和聚噻吩
超级电容器的研究
超级电容器的研究
缺点：
如果使用不当会造成电解质泄漏等现象； 和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于 交流电路。
超级电容器的研究
二、超级电容器的分类
1. 按原理分：双电层型超级电容和赝电容 型超级电容器。
1) 双电层型超级电容器
包括：活性炭（粉、纤维）电极材料、碳气凝胶电极 材料、碳纳米管电极材料、石墨烯电极材料超级电 容器。
3、碳纳米管(CNT)电极材料：单壁纳米管和多 壁 纳米管
超级电容器课件PPT
1.贵金属RuO2电容性能的研究 （1）使用硫酸作为电解液， 容量高，功率大，成本高。
（2）热分解氧化法比容量为 380F/g，溶胶凝胶法为768F/g。
2.添加W、Gr、Mo、V、Ti等的 氧化物 （1）降低成本
（2）复合后性能提高
➢WO3/RuO2比容量高达560F/g ➢Ru1-xGrxO2比容量高达840F/g
片层的双电层作用的发挥
4
4-2 超级电容器的电解液
有机系超级电容器和水系超级电容器的特性对比
16
4
结构
4
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
18
4
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
19
4
超级电容器的结构
超级电容器的电极材料
电极材料
实例
双电层电容器
炭材料
活性炭 碳纳米管 碳气凝胶 石墨烯
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。
9
3
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。
超级电容器电极片的制备方法以及注意事项
电容器电极片的制备(1)称量一定量的活性物质（约30mg）置于50ml的烧杯中，按照8:1:1的比例换算炭黑和黏结剂的质量(2)称量计算质量的炭黑加入烧杯中，然后加入少量的乙醇，加入粘结剂(3)稍微摇晃烧杯使混合物混合均匀，用膜将烧杯封口，然后超声10分钟左右，使其分散更加均匀(4)撕掉封口膜，放入鼓风干燥箱中800C条件下烘干,大约20分钟(5)烘干后将电极材料取出放入铜片上，滴少量乙醇，折叠为块状（橡皮泥软度）(6)滚压压片，用最高档的压面机档，叠加五层铜片，压到很薄，最好没有破损(7)将薄片转移到滤纸上，用打孔器打孔制成小圆片(8)将小圆片放入真空干燥箱1000C下烘干12个小时(9)取出小圆片，立即称量，编号记录(10)将小圆片置于泡沫镍圆片上，镍片长条覆盖作为引线（极耳），上面再覆盖一层小圆片，手压使其成三明治的(11)滚压压片，贴标签表明质量及相关信息(12)将电极片浸泡在电解液中，真空浸泡12个小时，使电解液充分与电极材料接触，挤走气泡。
(13)三电极体系中测量各种电化学性能(14)电化学测试(红色夹对电极，绿色工作电极，黄色参比电极)相关说明：(1)活性材料，炭黑等应该事先研磨成很细的粉末，越细越容易压片(2)一些材料如果难以用压面机压片成型，可以使用玻璃棒手工压片(3)关于是否加炭黑的问题，可以查阅文献自己选择，炭黑是为了增加导电性(4)天平称量过程中不要按压桌面，禁止风吹等造成天平不准的一切可能性(5)电化学性能测量过程中，特别是双电层电容性质的材料，如石墨烯没有必要一直换电解液，影响不大(6)炭材料的cv扫描电压区间一般是-1~0V,分别测量在2、5、10、20、30、50、100mv/s的速率下测量，期间没有必要换电极片（个人认为衰减大的要换）(7)恒流充放电测试中一般测试100、200、500mA/g和1、2、4、6、8、10A/g电流密度下的性能，一般是先放电(8)交流阻抗测量中要先查看开路电压（控制-开路电压），填写到初始电平/开路电压一栏；高频100000，低频0.01，振幅0.005电化学指导CHI系列仪器集成了几乎所有常用的电化学测量技术，包括恒电位、恒电流、电位扫描、电流扫描、电位阶跃、电流阶跃、脉冲、方波、交流伏安法、流体力学调制伏安、库仑法、电位法、以及交流阻抗等等．不同实验技术间的切换十分方便．实验参数的设定是提示性的，可避免漏设和错设．仪器的安装打开包装箱后，取出仪器，电源线，通讯电缆，电极线和软件盘．仪器的软件安装十分简单．将软件盘插入驱动器，用鼠标器点击盘上的XXX 仪器的型号，将所有有关文件拷贝至所要使用硬盘的CHI子目录中．在视窗的文件管理器中找到CHI 的子目录以及CHIXXX 的文件（ XXX 为仪器的型号），将鼠标器在CHIXXX 连击两次，程序便启动了．你应考虑将可执行文件移到主视窗上去，将来不必每次都到文件管理器中去找文件，而只需连击两次主视窗上可执行文件的符号就可启动。
《超级电容器》PPT课件
寿命：
在25℃环境温度下的寿命通常在90 000小时，在60℃ 的环境温度下为4 000小时，与铝电解电容器的温度寿 命关系相似。寿命随环境温度缩短的原因是电解液的 蒸发损失随温度上升。寿命终了的标准为：电容量低 于额定容量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。
循环寿命：
20秒充电到额定电压，恒压充电10秒，10秒放电到额 定电压的一半，间歇时间：10秒为一个循环。一般可 达500000次。寿命终了的标准为：电容量低于额定容 量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。
Dimension(mm)
Volume Weight
(ml)
(g)
AC
D
L WT
<123 10 20
1.6
2.4
<35
8
30
<70 10 30
<38 16 25
<23 18 40
<61
8
20
<29 10 20
<26
8
30
<26 10 30
<21 16 25
<14 18 40
1.5
2.2
2.4
3.6
5.0
Nominal Voltage (V)
Dimensions (mm)
Product Family
4.5V
20.0 x 15.0 28.5 x 17.0 39.0 x 17.0
GZ 2 GW 2 GS 2
DC capacitance 2 (mF ± 20%) 4
75 140 - 550 250 - 1200
ESHSP-1700C0-002R7
ESHSP-3500C0-002R7
超级电容器简介_图文
双电层原理示意图
充电时,外电源使电容器正负极分别带正电和负电,而电解液中的正负离子分别移动到电 极表面附近,形成双电层,整个双电层电容器实际上是两个单双电层电容器的串联装置。
双电层电容器充电状态电位分布曲线 Profile of the potential across electrochemical double
1、多孔电容炭材料
性能要求
1、高比表面 > 1000m2/g
理论比电容 > 250 F/g
ห้องสมุดไป่ตู้
各指
2、高中孔孔容 12~40Å 400l/g，
标间
大于40Å的孔容 50l/g，
相互
3、高电导率
矛盾
4、高的堆积比重
5、高纯度 灰份 < 0.1%
6、高性价比
7、良好的电解液浸润性
已研制的电容炭材料
碳气凝胶——电子导电性好
电容器产品性能：功率 4000 W/kg，能量 1 Wh/kg 优点：中孔发达、电导率高 不足：比表面积低、制备工序复杂 发展趋向：非超临界干燥、活化提高比电容
玻态炭 电导率高，机械性能好； 结构致密，慢升温制作难，价贵。
玻态炭
只能表层活化
活性玻态炭
纳米孔玻态炭
多孔碳层 厚15~20 um 多孔碳层的电导率高， 多孔碳层比功率18kW/L
230
170
制备条件
常规方法、简单方便 超临界干燥周 期长、费用高
碳纳米管
特点 1、导电性好，比功率高 2、比表面小，比容量低 3、成本高
作为添加剂使用
2、准电容储能材料
对金属化合物的性能要求：
1、高比表面 ——多孔，高比能量 2、低电阻率 ——高比功率 3、化学稳定性—— 长寿命 4、高纯度—— 减少自放电 5、价格低—— 便于推广应用
超级电容器电极制备[优质PPT]
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三、大胆尝试。
以上
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应用：用于酸性、碱性、中性电解液中测试，但在 酸性和中性电解质中所测性能较泡沫镍性能差，故 一般用于酸性条件下测试。比如导电聚合物电极测 试。
优点：制备相对简单，集流体导电性也不错。
缺点：此集流体与活性物质的粘合程度无泡沫镍好， 电解质溶液会沿着集流体向上扩散。
3、石墨片电极制备
石墨片
石墨片
活性物质
Energymaterialssciences
电化学电容器测试电极制备
Preparationofsupercapacitorelectrodefort e电极制备 ·总结
电化学电容器结构图
电极制备原则主要是集流体的选择：
1、集流体要有良好的导电性，泡沫Ni、石墨片、 不锈钢等。
电极示意图
双面胶
载玻片 银胶
活性物质
制备：
用双面胶将活性物质固定于 载玻片上，用导线连接活性 物质，在衔接处用银胶粘结， 因为Ag也是好的活性物质， 有很好的电容信号，因此必须 用Pu或树脂将银胶密封。最 后烘箱烘干。
应用： 活性材料具备良好的机械强度和柔韧性，良好的 导电性；使用于各种化学性质电解质。
2、集流体在所选电解质中稳定，不发生腐蚀、 无电化学电容信号。
3、集流体所承载的活性电极物质质量应该尽可 能的多。
4、为了可重复性，电极制备细节应该加以关注， 电极压片的压力、每次活性物质质量等都应记 仔细。
主要内容
·电极制备原则 ·常见电极制备 ·总结
1、泡沫Ni电极制备
活性物质压制处： 均匀分散在 1CM2面积上
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应用：用于酸性、碱性、中性电解液中测试，但在 酸性和中性电解质中所测性能较泡沫镍性能差，故 一般用于酸性条件下测试。比如导电聚合物电极测 试。
优点：制备相对简单，集流体导电性也不错。
缺点：此集流体与活性物质的粘合程度无泡沫镍好， 电解质溶液会沿着集流体向上扩散。
3、石墨片电极制备
石墨片
石墨片
活性物质
Energymaterialssciences
电化学电容器测试电极制备
Preparationofsupercapacitorelectrodefort e电极制备 ·总结
电化学电容器结构图
电极制备原则主要是集流体的选择：
1、集流体要有良好的导电性，泡沫Ni、石墨片、 不锈钢等。
电极示意图
双面胶
载玻片 银胶
活性物质
制备：
用双面胶将活性物质固定于 载玻片上，用导线连接活性 物质，在衔接处用银胶粘结， 因为Ag也是好的活性物质， 有很好的电容信号，因此必须 用Pu或树脂将银胶密封。最 后烘箱烘干。
应用： 活性材料具备良好的机械强度和柔韧性，良好的 导电性；使用于各种化学性质电解质。
2、集流体在所选电解质中稳定，不发生腐蚀、 无电化学电容信号。
3、集流体所承载的活性电极物质质量应该尽可 能的多。
4、为了可重复性，电极制备细节应该加以关注， 电极压片的压力、每次活性物质质量等都应记 仔细。
主要内容
·电极制备原则 ·常见电极制备 ·总结
1、泡沫Ni电极制备
活性物质压制处： 均匀分散在 1CM2面积上
超级电容器(新能源材料与器件导论第二十节课件)
混料和浆 （活性炭、 粘合剂、导 电剂）—拉 浆—烘干— 裁剪成形
11
7.1.8 超级电容器的性能指标
额定 容量 专项规 性能指标 划的总 体任务
充电到额定电 压后保持2-3分 钟，在规定的 恒定电流放电 条件下放电到 端电压为零所 需的时间与电 流的乘积再除 以额定电压值
额定 电压
可使用的 最高安全 端电压 （如2.3V、 2.5V、 2.7V）
额定 电流
漏电 流 一般为 10μA/F
5秒内 放电到 额定电 压一半 的电流
12
7.1.8 超级电容器的性能指标
等效串 联电阻 专项规 性能指标 划的总 体任务
以规定的恒 定电流和频 率（DC和 大容量的 100Hz或小 容量的KHz ）下的等效 串联电阻。
寿命
在25℃环境温 度下的寿命通 常在90 000小 时，在60℃的 环境温度下为 4 000小时， 与铝电解电容 器的温度寿命 关系相似。
超容
锂离子电池
14
对比数据
性 能 铅酸电池 超级电容器 普通电容器
充电时间
放电时间 比能Wh/kg 循环寿命 比功率W/kg 充放电效率
1-5小时
0.3-3小时 30- 40 300 < 300 0.7-0.85
0.3-若干秒
0.3-若干秒 1- 20 >10000 >1000 0.85-0.98
活性炭表面官能团的作用
含氧官能团越多，导电性越差。
羧基浓度越大，漏电电流越大，储存性
能越差。
羧基浓度越高，静态电位越高，越易析
氧，电极越不稳定。
处理炭表面官能团，提高性能
20
高温处理的影响
1
2
超级电容器.ppt
2.工艺不够成熟
六、总结
DDGS:可溶性干酒糟（Distillers Dried Grains with Solubles） EDLC:双电层电容器(Electric double layer capacitor) EDS:能量色散谱（Energy-dispersive spectroscopy） SEM:扫描电子显微镜（Scanning electron microscope） TEM:透射电子显微镜（Transmission electron microscope） EIS:电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy） CV:循环伏安法(Cyclic Voltammetry)
二、超级电容器的分类
1.双电层电容器（Electrical double-layer capacitor）
公式： C 4d
原理：离子迁移
双电层电容器工作原理示意图
二、超级电容器的分类
2.赝电容电容器
在电极表面或者体相中的二维空间上，活性物质进行欠电位沉积，产生高度 可逆的化学吸附/脱附或者氧化还原反应所产生的电容。
原理：法拉第电池
赝电容器原理图
三、超级电容器性能影响因素
1.比表面积（Specific surface area） 2.孔径分布（Pore size distribution） 3.孔隙结构（Porous structure） 4.表面官能团（Surface functional groups）
四、电极材料
1.炭电极材料 活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶、模板炭、
纳米炭管、石墨烯、 2 .氧化物电极材料
二氧化锰的晶体结构、二氧化锰的电荷存储 机理、二氧化锰的制备工艺 3 .导电聚合物电极材料
六、总结
DDGS:可溶性干酒糟（Distillers Dried Grains with Solubles） EDLC:双电层电容器(Electric double layer capacitor) EDS:能量色散谱（Energy-dispersive spectroscopy） SEM:扫描电子显微镜（Scanning electron microscope） TEM:透射电子显微镜（Transmission electron microscope） EIS:电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy） CV:循环伏安法(Cyclic Voltammetry)
二、超级电容器的分类
1.双电层电容器（Electrical double-layer capacitor）
公式： C 4d
原理：离子迁移
双电层电容器工作原理示意图
二、超级电容器的分类
2.赝电容电容器
在电极表面或者体相中的二维空间上，活性物质进行欠电位沉积，产生高度 可逆的化学吸附/脱附或者氧化还原反应所产生的电容。
原理：法拉第电池
赝电容器原理图
三、超级电容器性能影响因素
1.比表面积（Specific surface area） 2.孔径分布（Pore size distribution） 3.孔隙结构（Porous structure） 4.表面官能团（Surface functional groups）
四、电极材料
1.炭电极材料 活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶、模板炭、
纳米炭管、石墨烯、 2 .氧化物电极材料
二氧化锰的晶体结构、二氧化锰的电荷存储 机理、二氧化锰的制备工艺 3 .导电聚合物电极材料
用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究 ppt课件
•使用超纯水和酒精对反 应釜中样品进行抽滤， 直至滤液中无SO42-为 止； •80℃下干燥12小时， 得到干燥的褐色粉末， 使用玛瑙研钵进行研磨 1h制得纳米MnO2粉末
电极的制备方法
MnO2粉末、乙炔黑和 聚四氟乙烯(PTFE)= 70: 20:10，倒入玛瑙 研钵中，加入适量超纯 水之后研磨1h以上，直 至得到混合浆状物质
CONTENTS
01Part One 二氧化锰电极工作原理
超级电容器工作原理
Ø 双电层超级电容器：
利用上述双电层机理实现电 荷的储存和释放。
Ø 电化学电容器：
除双电层储能外，电解液中 离子在电极活性物质中由于氧 化还原反应而储能。
二氧化锰电极的储能机理
01
02
03
依靠赝电容原理提 供电容性能
只在电极表面发生的活性物质与电解液之间的化 学吸附一脱附过程
2. Wu N L. Nanocrystalline oxide supercapacitors. Materiat Chemistry and Physics,2002,75(1):6-11 3. Wang Y GSZhang X G. Preparation and electrochemical capacitance of RuO2/TiO2 nanotubes
产物物 相分析
cv
恒流充放 电测试
交流阻抗
产物物相分析
产物XRD图
充放电测试
电流密度（A/g） 充电比电容（F/g） 放电比电容（F/g）
0.5
47.81
12.6
1
27.3
12.7
2
5.2
3.4
循环伏安测试
曲线面积较小， 电极比电容小； 随着扫速的增加， 电极比电容变小。
超级电容器的制备和表征33页PPT
超级电容器的制备和表 征
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使
01缩减讲稿子超级电容器电极地制备及性能测试
超级电容器电极的制备及性能测试超级电容器的主要技术指标有比容量、充放电速率、循环寿命等。
本实验采用EC500系列电化学工作站三电极法（包括循环伏安法、交流阻抗等），考察不同活化方法处理后电极的电化学性能。
1.循环伏安法1.1电化学体系三电极介绍电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施电极反应的场所。
一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，循环伏安法通常采用三电极系统。
相应的三个电极为工作电极（研究电极W）、参比电极(R)和辅助电极（对电极C）。
三电极组成两个回路：研究电极和参比电极组成的回路构成一个不通或基本少通电的体系，利用参比电极电位的稳定性来测量工作电极的电极电位。
研究电极和辅助电极组成另一个回路构成一个通电的体系，用来测量工作电极通过的电流。
这就是所谓的“三电极两回路”，也就是测试中常用的三电极体系。
利用三电极体系，来同时研究工作电极的电位和电流的关系。
图 1 三电极系统原理图对于三电极测试系统，之所以要有一个参比电极，是因为有些时候工作电极和辅助电极的电极电位在测试过程中都会发生变化，为了确切的知道其中某一个电极的电位（通常是工作电极的电极电位），就必须有一个在测试过程中电极电位恒定且已知的电极作为参比来进行测量，以为研究电极提供一个电位标准。
但是，仅仅使用三电极体系还不够，因为，随着电化学反应的进行，研究电极表面的反应物质的浓度不断减少，电极电位也随之发生或正或负的变化，也就是说随着电化学反应的进行，研究电极的电位会发生变化。
为了使电极电位保持稳定，即将研究电极对参比电极的电位保持在设定的电位上，通常使用恒电位电解装置（恒电位仪），这样，便用了恒电位仪的三电极体系，可以为我们提供用以解释电化学反应的电流—电位曲线，这种测定电流—电位曲线的方法叫做伏安法。
1.2 循环伏安法由上所述，伏安分析法是以被分析溶液中电极的电位-电流行为为基础的一类电化学分析方法。
伏安分析法中所加电位称为激励信号，如果电位激励信号为线性电位激励，所获得的电流响应与电位的关系称为线性伏安扫描；如果电位激励信号为三角波激励信号（如图 2所示），所获得的电流响应与电位激励信号的关系称为循环伏安扫描。
课件 超级电容器
超级电容器的大容量和高功率充放电就是由 这2种原理产生的。充电时,依靠这2种原理储存 电荷,实现能量的积累;放电时,又依靠这2原理, 实现能量的释放。
因此,制备高性能的超级电容器有2个途径: 一是增大电极材料比表面积,从而增大双电层电 容量;二是提高电极材料的可逆法拉第反应的机 率,从而提高准电容容量。
1、多孔电容炭材料
玻态炭 电导率高，机械性能好；
结构致密，慢升温制作难，价贵。
玻态炭
只能表层活化 纳米孔玻态炭
活性玻态炭
纳米孔玻态炭
多孔碳层 厚15~20 um 整体多孔，比能量提高 多孔碳层的电导率高， 快速升温炭化，成本大降 多孔碳层比功率18kW/L 但电容器的比能量很低（0.07Wh/L）
•这种充放电行为,Ru的氧化物(RuO2)表现最显著,但其 最早的表现形式是H在Pt或Pb在Au上进行欠电位沉积, 产生高度可逆的化学吸附、脱附。
•为与双电层电容及电极与电解液界面形成的真正的静 电电容相区别,称这样得到的电容为法拉第准(赝)电容。
•法拉第准(赝)电容不仅只在电极表面,而且可在整个电 极内部产生,因而可获得比双电层电容更高的电容量和 能量密度。在相同电极面积的情况下,法拉第准(赝)电容 可以是双电层电容量的10～100倍。
➢
➢ 超级电容器介于电容器和电池之间的储能器件，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。
双电层原理示意图
双电层电极、溶液界面结构示意图
Struture diagram of the interface between electrode and electrolyte
双电层电容器充电状态电位分布曲线
超级电容的性能指标
➢ 循环寿命： 20秒充电到额定电压，恒压 充电10秒，10秒放电到额定电压的一半， 间歇时间：10秒为一个循环。一般可达 500000次。寿命终了的标准为：电容量低 于额定容量20%，ESR增大到额定值的1.5 倍
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活性物质
炭黑粘浆
图1 粉体活性物质
图2 片层活性物质
.
10
注：石墨片厚度尽可能薄。
制备：
图1中，活性物质、炭黑、PTFE三者混合均匀，涂覆 在石墨片上，活性物质、炭黑、PTFE质量比为 75:20:5，然后烘干。
图2中，将片层用少许双面胶粘于石墨片上，然后在 接触位置用少许炭黑粘浆连接，使得导电，测试 中避免炭黑粘浆进入电解液。
制备： 直接将活性物质在高压 力下压于泡沫镍网里
1cm
1cm
电极示意图
活性物质形态不 受限制
.
6
应用： 1、碱性或中性电解质，如6M KOH,
1M Na2SO4等； 2、活性物质质量5mg左右为宜； 3、液压机压制压力10MPa； 4、测试前应将电极在电解质中浸润。
优点：电极制备简单；集流体导电性好，电压降低；碱 性中耐腐蚀性强，可得到好的循环寿命曲线。
Energy materials sciences
电化学电容器测试电极制备
Preparation of supercapacitor electrode for testing
.
1
主要内容
·电极制备原则 ·常见电极制备 ·总结
.
2
电化学电容器结构图
.
3
电极制备原则主要是集流体的选择：
1、集流体要有良好的导电性，泡沫Ni、石墨片、 不锈钢等。
缺点：不能使用过小电流密度充放电；中性溶液中耐腐 蚀性较差；不能在酸性中测试。
.
7
2、不锈钢电极制备
尽
可
能
长
，
避
免
电
解
液
活性物质
扩 散
电极示意图
.
注：集流体选择静电纺丝所用不锈钢钢网。
活性物质形态不 受限制
8
制备：配制0.1M PTFE溶液乳浊液，活性物质： 炭黑：PTFE质量比为75:20:5，然后10MPa压 力下压制，最后烘箱中烘干。
2、集流体在所选电解质中稳定，不发生腐蚀、 无电化学电容信号。
3、集流体所承载的活性电极物质质量应该尽可 能的多。
4、为了可重复性，电极制备细节应该加以关注， 电极压片的压力、每次活性物质质量等都应记 仔细。
.
4
主要内容
·电极制备原则 ·常见电极制备 ·总结
.
5
1、泡沫Ni电极制备
活性物质压制处： 均匀分散在 1CM2面积上
铜导线
酸性电解质中禁止用 PU粘结，因会被溶解
电极示意图
双面胶
载玻片 银胶
活性物质
制备： 用双面胶将活性物质固定于 载玻片上，用导线连接活性 物质，在衔接处用银胶粘结， 因为Ag也是好的活性物质， 有很好的电容信号，因此必须 用Pu或树脂将银胶密封。最 后烘箱烘干。
.
13
应用： 活性材料具备良好的机械强度和柔韧性，良好的 导电性；使用于各种化学性质电解质。
.
11
应用： 石墨属于惰性导电集流体，故适用于各种电解质。
优点： 适用范围广，酸性、中性、碱性均可；可进行小 电流充放电。
缺点： 制备工艺复杂；所测活性物质性能与制备水平关 系很大；导电接触性与前两种电极相比较差；测 试电极循环寿命时长时间浸泡使得活性物质脱落， 造成测试困难。
.
12
4、无集流体电极
二、学会和自己比较，实验中按照自己的测 试方法能揭示道理即可；
三、大胆尝试。
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18
以上
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19
优点： 可排除集流体影响，能最精确的表示出材料本身 的电容性质，可进行各种电流大小的充放电测试。
缺点： 受材料本身导电性影响，电容表现不够万全。
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14
5、其他
• #碳糊电极
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15
• #玻碳电极
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16
主要内容
·电极制备原则 ·常见电极制备 ·总结
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17
一、电极制备方法尚无固定的统一标准，具 体材料具体分析；
应用：用于酸性、碱性、中性电解液中测试，但在 酸性和中性电解质中所测性能较泡沫镍性能差，故 一般用于酸性条件下测试。比如导电聚合物电也不错。
缺点：此集流体与活性物质的粘合程度无泡沫镍好，
电解质溶液会沿着集流体向上扩散。
.
9
3、石墨片电极制备
石墨片
石墨片
活性物质