纳米材料在绿色能源中应用.ppt

Exchange current density (Acm-2) Pt/MPCNT 4.4x10-4 Commercial Pt black 1.09X10-7 Tafel Polarization Curve for ORR 一维炭／铂杂化纳米材料用于电化学氧气还原反应（ＯＲＲ）的催化活性 Polypyrrole/Co catalyst 聚吡咯/Co配合物，是一种铂系催化剂的替代材料， 而卟啉铁是另一种有望替代Pt的催化剂 1, PANI-C; 2, PANI-Co-C; 3, PANI-FeCo-C; 4, PANI-FeCo-C Science 332, 443 (2011) 在碳球表面形成聚苯胺与Fe、Co的配合物，其催化能力与Pt接近 纳米材料在太阳能利用中的应用 * * 纯电动汽车 纳米材料用于超级电容器 什么是超级电容器 超级电容是近几年才批量生产的一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。 超级电容技术原理 超级电容器也属于双电层电容器，容量大，利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离，两块极板之间为真空（相对介电常数为1）或一层介电物质（相对介电常数为ε）所隔离，电容值为： 　 C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 　 其中A为极板面积，d为介质厚度　所储存的能量为：　 E = 1/2 C （ΔV）2  超级电容器与传统电容器的不同 电容是以将电荷分隔开来的方式储存能量的，储存电荷的面积越大，电荷被隔离的距离越小，电容越大。 传统电容是从平板状导电材料得到其储存电荷面积的，只有将一很长材料缠绕起来才能获得大的面积，从而获得大的电容。另外传统电容是用塑料薄膜、纸张或陶瓷等将电荷板隔开。这类绝缘材料的厚度不可能做得非常簿。 超级电容是从多孔碳基电极材料得到其储存电荷面积的，这种材料的多孔结构使它每克重量的表面积可达2000平方米。而超级电容中电荷分隔的距离是由电解质中的离子大小决定的，其值小于10埃。 巨大的表面积加上电荷之间非常小的距离，使得超级电容有很大的电容。一个超级电容单元的电容值，可以从一法拉至几千法拉。 体积小，容量大，电容量比同体积电解电容容量大30~40倍 充电速度快，10秒内达到额定容量的95% 充放电能力强 失效开路，过电压不击穿，安全可靠 超长寿命，可长达40万小时以上 充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，真正免维护 电压类型：2.7 V---12.0 V 容量范围：0.1 F—1000 F 超级电容器的特性 超级电容二次电池的比较 Ti2AlC@1000C 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 MWNT [1] SWNT [2] fb-MWNT [3] a-C [3] C cloth [4] B4C@1000C Capacitance (F/g) 各种纳米炭材料用于超级电容器 Although the commercial activated carbon never shows a rectangular response with changing potentials at a scan rate faster than 50 mV/s, MCND can afford high-speed charge–discharge performance at a rate faster than 400 mV/s and current densities higher than 40 A/g. 多孔纳米炭材料用于超级电容器 Rate: 400 mV/s current density: 40 A/g. Nano Lett. 2010, 10, 4863–4868 肼还原GO 理论双电层比电容550 F/g 电解液：离子液体 提高器件高能量密度 Graphene-CTNs 理论模型 The CNT/AuNW hybrid electrodes showed excellent electrochemical performance with a maximum power density of 48 kW kg1 which is attributed to the well adhered interface between CNT and AuNW segments. 纳米结构材料用于超级电容器 Power density of 48 kW kg-1