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超级电容器用活性炭电极材料的研究进展.PDF

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超级电容器用活性炭电极材料的研究进展

超级电容器用活性炭电极材料的研究进展 链接:/tech/94627.html 来源:中国新能源网 超级电容器用活性炭电极材料的研究进展 邢宝林,谌伦建,张传祥,黄光许,朱孔远 (河南理工大学材料科学与工程学院,焦作454003) 摘要:活性炭因具有制备简单、成本低、比表面积大、导电性好以及化学稳定性高等特点,作为超级电容器电极材 料已得到广泛应用。论述了活性炭电极超级电容器的工作原理及活性炭物化性质对超级电容器电化学性能的影响,介 绍了活性炭电极材料的必威体育精装版研究进展,展望了其应用前景,指出寻找新炭源及活化技术、探索活性炭孔结构和表面性 质的有效控制手段、开发活性炭复合材料等是该领域今后研究的重点方向。 0引言 储能元件,兼有普通电容器功率密度大和二次电池能量密度高的优点,且充电速度快,循环寿命长,对环境无污染, 广泛应用于各种电子产品的备用电源及混合动力汽车的辅助电源。 电极材料是超级电容器的核心部件,对超级电容器的性能起着关键性作用,因此研发具有优异电化学性能的电极材 料是超级电容器研究中最核心的课题。电极材料主要有多孔炭材料、金属氧化物和导电聚合物3大类,其中多孔炭材 料因其良好的充放电稳定性而受到学术界和工业界的广泛关注,也是目前唯一已经工业化的电极材料。可用作超级电 容器电极材料的多孔炭主要有活性炭、炭气凝胶、炭纳米管等,其中活性炭因具有比表面积大、化学稳定性高、导电 性好以及价格低廉等优点,一直是制造超级电容器电极的首选材料。 本文主要论述了活性炭电极超级电容器的工作原理及活性炭物化性质对其电化学性能的影响,介绍了活性炭电极材 料的必威体育精装版研究进展,指出了该研究领域的发展方向。 1活性炭电极超级电容器的工作原理 根据电能储存机理的不同,超级电容器一般分为双电层电容器和法拉第赝(准)电容器两种,前者电极材料主要为多 孔炭材料,以双电层形式储存能量;后者电极材料为金属氧化物和导电聚合物,以活性物质表面及体相中的二维或准 二维空间上发生高度可逆的氧化还原反应的形式储存能量。活性炭电极超级电容器(即双电层电容器)的工作原理如图 1所示,一对活性炭电极浸在电解质溶液中,当施加的电压低于溶液的分解电压时,电荷在极化电极/电解液界面重新 荷重排而产生的位移电流。能量以电荷或浓缩的电子存储在电极材料表面,充电时电子通过外电源从正极传到负极, 同时电解质本体中的正负离子分开并移动至电极表面;放电时电子通过负载从负极移至正极,正负离子则从电极表面 释放并返回电解液本体中。 超级电容器用活性炭电极材料的研究进展 链接:/tech/94627.html 来源:中国新能源网 实际上活性炭电极超级电容器的电容同时包含双电层电容和氧化还原反应所引起的法拉第赝电容,但以双电层电容 为主,普通活性炭表面存在的官能团只能产生少量的法拉第赝电容。 2活性炭物化性质对超级电容器性能的影响 活性炭是超级电容器电极的首选材料,其比表面积、孔径分布及表面官能团等都是直接影响超级电容器电化学性能 的重要参数。 2.1比表面积 从理论上讲,活性炭电极材料的比表面积越大,超级电容器的比电容越大,但实际情况却复杂得多。通常,比电容 表明,比电容随比表面积的增大而增加,但二者并不存在简单的正比关系。Kobe等以石油沥青为原料制备出高比表 2 面积(2500~3000m /g)活性炭,但以其作电极材料的超级电容器的性能并不理想,在充分考虑孔径分布、表观密度等因素后认为,优化 制备工艺才能提高超级电容器的综合性能。 T.C.Weng等以中间相沥青为原料,KO 2 H为活化剂,制得比表面积达2860m /g的活性炭,但其因比表面积主要由孔径小 于2nm的微孔贡献,在1mol/LHSO 2 4 溶液中比 电容仅有130F/g。H .Teng等以酚醛树脂为原料,KOH为活 2 化剂,700e活化2h制得比表面积为1900m/g的活性炭,在1mol/LHSO

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