化学电源原理和应用电化学超级电容器PPT课件
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Figure Depiction of the charging process of a symmetric capacitor.
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1. 2 法拉第准电容 在法拉第电荷传递的电化学变化过程中,H或一些金属(Pb、 Bi、Cu) 在Pt 或Au 上发生单层欠电势沉积[3 ]或多孔过渡 金属氧化物(如RuO2 、IrO2) 发生氧化还原反应时,其放电 和充电过程有如下现象: ①两极电位与电极上施加或释放的 电荷几乎呈线性关系; ②如果该系统电压随时间呈线性变化
faradaic battery systems. A later 1970 patent (US Pat.
3,536,963) to Standard Oil (D.L. Boos) disclosed a pasted
carbon double-layer capacitor operating in a non-aqueous,
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§2 原理
1. 1 双电层电容 双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的。双电层理
论19 世纪由Helmhotz 等提出。Helmhotz 模型认为电极表面的 静电荷从溶液中吸附离子,它们在电极/ 溶液界面的溶液一侧离 电极一定距离排成一排,形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷 数量相等而符号相反的界面层 。由于界面上存在位垒,两层电 荷都不能越过边界彼此中和,因而形成了双电层电容。为形成稳 定的双电层,必须采用不和电解液发生反应且导电性能良好的电 极材料,还应施加直流电压,促使电极和电解液界面发生“极化 ”。这是一种静电型能量储存方式。
Байду номын сангаас
concept was rather crude and inadequately described,
leading to subsequent misunderstandings of the difference
in function between electrochemical capacitors and
dV/ dt = K,则产生恒定或几乎恒定的电流I = CdV/ dt = CK 。此过程高度可逆,具有电容特征,但又和界面双电层电
容形成过程不同,反应伴随有电荷的转移,进而实现电荷与能 量的储存。为了与双电层电容相区别,称这样得到的电容为 法拉第准电容。
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例如:以RuO2 作电极,H2SO4 为溶液的超级电容器的 电容主要取决于法拉第准电容。电极上发生的法拉第反应 ,被认为是通过在RuO2 的微孔中发生可逆的电化学离子注
电化学超级电容器 Electrochemical Supercapacitor
1
§1 引言
The concept of a capacitor device, utilizing the
interfacial double-layer capacitance of a high-area porous
aprotic solvent such as propylene carbonate containing a
tetraalkylammonium salt as electrolyte.
2
超级电容器亦称超大容量电容器，是上世纪七、八十年代发展 起来的一种新型的储能装置。由于超级电容器具有充放电速度快、 对环境无污染、循环寿命长等优点，有希望成为本世纪新型的绿色 能源。近年来，人们一直致力于开发高比功率和高比能量的超级电 容器来作为电动汽车的混合动力系统。超级电容器可以用来满足汽 车在加速、启动、爬坡时的高功率要求，以保护蓄电池系统- 也可 用于其他系统中，如作为燃料电池的启动动力，做移动通讯和计算 机的电力支持等。在超级电容器的研究中，许多工作都是开发在各 种电解液中有较高比能量的电极材料。目前应用于超级电容器的材 料主要有三种! 碳基材料、金属氧化物及水合物材料和导电聚合物 材料。
入,方程式为:RuO2 + xH+ + xe - = RuO2 - x (OH) x法
拉第准电容不仅发生在电极表面,而且可深入电极内部,因 而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。相同电 极面积下,法拉第准电容可以是双电层电容量的10～100 倍。
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§3 SEC 的类型
按正负极材料是否相同可分为：
So as to the EDL or Hybride,
11
Figure. Operation principle of an EC in the discharged state, during charging, and in the charged state: (A) for a symmetric construction and (B) for an asymmetric construction. Chemical Reviews, 2004, Vol. 104, No. 10 Editorial
1 对称SEC（symmetric capacitor） 2 非对称SEC（asymmetric capacitor）
按充放电反应是否包含法拉第过程可分 为：
1 双电层型SEC（EDL capacitor） 2 混合型SEC（Hybrid capacitor or Pseudocapacitor）
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12
13
§4 SEC 和静电电容器、电池的比较
超级电容器存储的能量可达到静电电容器的100 倍以上 ，同时又具有比电池高出10-100 倍的功率密度。与静电电 容器相比其优点是能量密度非常高，容量可达到数千法拉。 但它耐压较低，受制于电解液的分解电压，漏电较大，容量 随频率显著降低，所以适于用作低频容性元件使用。与电池 相比，超级电容具有许多电池无法比拟的优点 具有非常高 的功率密度、充电速度快、使用寿命长、低温性能优越等。 从发展趋势看，超级电容主要用来取代或部分取代电池。下 表是超级电容器和静电电容器及电池的特性比较，从表中可 以看出超级电容器的特点。
electrode structure, seems to have originated in the patent
of Becker (US Pat. 2,800,616) in 1957 to General Electric.
However, understandably, this first embodiment of the
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Figure Depiction of the charging process of a symmetric capacitor.
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1. 2 法拉第准电容 在法拉第电荷传递的电化学变化过程中,H或一些金属(Pb、 Bi、Cu) 在Pt 或Au 上发生单层欠电势沉积[3 ]或多孔过渡 金属氧化物(如RuO2 、IrO2) 发生氧化还原反应时,其放电 和充电过程有如下现象: ①两极电位与电极上施加或释放的 电荷几乎呈线性关系; ②如果该系统电压随时间呈线性变化
faradaic battery systems. A later 1970 patent (US Pat.
3,536,963) to Standard Oil (D.L. Boos) disclosed a pasted
carbon double-layer capacitor operating in a non-aqueous,
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§2 原理
1. 1 双电层电容 双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的。双电层理
论19 世纪由Helmhotz 等提出。Helmhotz 模型认为电极表面的 静电荷从溶液中吸附离子,它们在电极/ 溶液界面的溶液一侧离 电极一定距离排成一排,形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷 数量相等而符号相反的界面层 。由于界面上存在位垒,两层电 荷都不能越过边界彼此中和,因而形成了双电层电容。为形成稳 定的双电层,必须采用不和电解液发生反应且导电性能良好的电 极材料,还应施加直流电压,促使电极和电解液界面发生“极化 ”。这是一种静电型能量储存方式。
Байду номын сангаас
concept was rather crude and inadequately described,
leading to subsequent misunderstandings of the difference
in function between electrochemical capacitors and
dV/ dt = K,则产生恒定或几乎恒定的电流I = CdV/ dt = CK 。此过程高度可逆,具有电容特征,但又和界面双电层电
容形成过程不同,反应伴随有电荷的转移,进而实现电荷与能 量的储存。为了与双电层电容相区别,称这样得到的电容为 法拉第准电容。
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例如:以RuO2 作电极,H2SO4 为溶液的超级电容器的 电容主要取决于法拉第准电容。电极上发生的法拉第反应 ,被认为是通过在RuO2 的微孔中发生可逆的电化学离子注
电化学超级电容器 Electrochemical Supercapacitor
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§1 引言
The concept of a capacitor device, utilizing the
interfacial double-layer capacitance of a high-area porous
aprotic solvent such as propylene carbonate containing a
tetraalkylammonium salt as electrolyte.
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超级电容器亦称超大容量电容器，是上世纪七、八十年代发展 起来的一种新型的储能装置。由于超级电容器具有充放电速度快、 对环境无污染、循环寿命长等优点，有希望成为本世纪新型的绿色 能源。近年来，人们一直致力于开发高比功率和高比能量的超级电 容器来作为电动汽车的混合动力系统。超级电容器可以用来满足汽 车在加速、启动、爬坡时的高功率要求，以保护蓄电池系统- 也可 用于其他系统中，如作为燃料电池的启动动力，做移动通讯和计算 机的电力支持等。在超级电容器的研究中，许多工作都是开发在各 种电解液中有较高比能量的电极材料。目前应用于超级电容器的材 料主要有三种! 碳基材料、金属氧化物及水合物材料和导电聚合物 材料。
入,方程式为:RuO2 + xH+ + xe - = RuO2 - x (OH) x法
拉第准电容不仅发生在电极表面,而且可深入电极内部,因 而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。相同电 极面积下,法拉第准电容可以是双电层电容量的10～100 倍。
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§3 SEC 的类型
按正负极材料是否相同可分为：
So as to the EDL or Hybride,
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Figure. Operation principle of an EC in the discharged state, during charging, and in the charged state: (A) for a symmetric construction and (B) for an asymmetric construction. Chemical Reviews, 2004, Vol. 104, No. 10 Editorial
1 对称SEC（symmetric capacitor） 2 非对称SEC（asymmetric capacitor）
按充放电反应是否包含法拉第过程可分 为：
1 双电层型SEC（EDL capacitor） 2 混合型SEC（Hybrid capacitor or Pseudocapacitor）
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§4 SEC 和静电电容器、电池的比较
超级电容器存储的能量可达到静电电容器的100 倍以上 ，同时又具有比电池高出10-100 倍的功率密度。与静电电 容器相比其优点是能量密度非常高，容量可达到数千法拉。 但它耐压较低，受制于电解液的分解电压，漏电较大，容量 随频率显著降低，所以适于用作低频容性元件使用。与电池 相比，超级电容具有许多电池无法比拟的优点 具有非常高 的功率密度、充电速度快、使用寿命长、低温性能优越等。 从发展趋势看，超级电容主要用来取代或部分取代电池。下 表是超级电容器和静电电容器及电池的特性比较，从表中可 以看出超级电容器的特点。
electrode structure, seems to have originated in the patent
of Becker (US Pat. 2,800,616) in 1957 to General Electric.
However, understandably, this first embodiment of the