超级电容器电极碳材料的发展

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1、2015年11月同济大学超级电容器活性炭电极材料的发展专业：化学工程与工艺学号：1353901姓名：巩宇锈摘要本文简单介绍了超级电容器的原理以及应用范围。提出了电容器电极材料的选择，就其中一种性能高的材料——活性炭在超级电容器的发展过程中的改进做了介绍，包括其理论提出、比表面积，孔径分布、表面官能团等性质的发展。最后对活性炭电极材料的未来发展方向进行了展望。关键词：超级电容器活性炭材料ABSTRACTThispaperbrieflyintroducetheprinciplesandapplicationprospe

2、ctofsupercapacitor.Selectingthecapacitorelectrodematerialisproposed.Asthehighperformanceofamaterial-activatedcarbon,itsdevelopmentprocessofsupercapacitorispresented,includingitsproposedtheory,thedevelopmentofthespecificsurfacearea,poresizedistribution,surfacef

3、unctionalgroups,andotherproperties.Atlast,thefuturedirectionofactivatedcarbonelectrodematerialisputforward.Keywords:supercapacitor;activatedcarbonmaterials目录摘要1ABSTRACT1目录21引言32工作原理33发展43.1初步发展43.2比表面积改进43.3孔径分布43.4表面官能团54总结与展望5参考文献61引言超级电容器，又叫电化学电容器、黄金电容、法拉电容

4、。包括双电层电容器和赝电容器，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。作为一种新型能源器件，除了具有多次充放电的优点，还具有充电时间短、工作温度范围宽、贮存寿命长，特殊的功率密度和适度能量密度等优点。正因为如此，超级电容器广泛应用于运输业，包括作为车动力和航空航天等；工业，包括应急照明，电信数据储存，电梯电源等；军事领域，包括电车混合电传动系统，舰用电磁炮等。超级电容器的储能机理是利用电极/电解质交界面上的双电层或

5、在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量[[]李歆.超级电容器综述［J］．中国电子商情(基础电子)，2009(11):52—54]。基于这一机理就对电极材料提出了以下要求:(1)电极材料需有较大的比表面积。碳材料因为有较大的比表面积(活性炭、石墨烯等)，作为超级电容器电极材料得到了广泛的应用，比如活性炭的比表面积可达到2000m2/g以上[[]QuDY．Studiesoftheactivatedcarbonsusedindouble-layersupercapacitors［J］．JournalofPow

6、erSources，2002，109(2):403—411.]。(2)电极材料在超级电容器使用条件下要有长期的化学稳定性和充放电重复循环能力，从而保证超级电容器的使用寿命。(3)电极材料表面氧化还原电阻、电极材料与电解液和集流体有较小的接触电阻，以减小超级电容器的电化学阻抗。(4)电极材料在电解液中具有优良的浸润性、合理的电极与电解液界面接触角。(5)材料在形成电极系统时要具有机械完整性，在开路状态下自放电尽量小[[]ConwayBE．ElectrochemicalSupercapacitorsScientific

7、FundametalsandTechnologicalApplications［M］．USA:PlenumPublisher，1999.]。目前主要研究的超级电容器电极材料为碳材料。包括活性炭和石墨烯。碳材料作为超级电容器材料要满足以下几个条件:(1)具有较高的实际表面积，至少达到1000m2/g;(2)多孔阵列中，粒子具有较好的导电性;(3)材料表面与电解液要有良好的接触。目前提高碳材料超级电容器能量密度、功率密度的手段主要是增大比表面积和合理控制材料孔径。碳材料属于双电层超级电容器材料，在反复的充放电循环过程中

8、可逆性较高，寿命较长。[[]陈俊蛟．超级电容器电极材料研究进展[J]．材料开发与应用，2015(2):1003-1545(2015)01-0090-06.]1工作原理活性炭电极超级电容器的工作原理如图1所示[]邢宝林．超级电容器用低阶煤基活性炭的制备及电化学性能研究［D］．焦作:河南理工大学博士学位论文，2011．，活性炭电极浸在电解液中，当施加的电压低于电