電源技長綜述新型能源器件超級電容器研究發展比較新動態鐘海云，李薦，戴艷陽，李慶奎中南大學冶金科學與工程系，湖南長沙410083出現的種新型能源器件，兼有常規電容器功率密度大。充電電池能量密度高的優點，可快速充放電。且壽命長。很有希望發展成為種新型。高效實用的能量儲存裝置。超級電容器的工作原理結構特點與普通電容器有很大不同。超級電容器主要由極化電極。集電極電解質隔離膜引線和封裝材料幾部分組成。各部分的組成結構均對其性能有重要的超級電容器SUpe1caPadtor是近年來出現的種新型能源器件，與常規電容器不同，其容量可達法拉級甚至數千法拉。

　　它兼有常規電容器功率密度大充電電池能量密度高的優點，可快速充放電，而且壽命長，今后很有可能發展成為種新型高效實用的能量儲存裝置，因此有人認為它是介于充電電池和電容器之間的種新型的能源器件，1是超級電容器與常規電容器，充電電池的性能比較超級電容器在許多領域都有廣闊的應用前景，如便攜式儀器設備數據記憶存儲系統電動汽車電源應急后備電源等方面。特別是在電動汽車上的應用具有非常明顯的優勢，美國日本俄羅斯等國都先后投入真空冶金，金屬材料。

　　大量人力物力對超級電容器進行研宄開發，有些公司的產品己實現商品化。

　　元器件比能量充放電次數Cycfe超級電容器充電電池電源技米鐘海云等新型能源器件超級電容器研宄發展比較新動態1超級電容器研究發展動態目前超級電容器的分類方法并未完全統。般認為超雙電層電容器按電解質的不同可分為液體雙電層電容器和固體雙電層電容器。液體雙電層電容器又可分為水系電解質和非水系電解質兩類；電化學電容器根據電極材料的不同可分為金4氧化物和4電性高分廣聚1物兩類，1化7.電方器。超級電容器的工作原理。結構與普通電容器有很大不同。從結構上看。超級電容器主要由極化電極集電極電解質。隔離膜。端板引線和封裝材料幾部分組成。電極的制造技術電解質的組成和隔離膜質量對超級電容器的性能有決定性的影響。電解質的分解電壓決定超級電容器的工作電壓，所以以水溶液為電解液的電容器工作電壓只有1左右，而有機電解液的可達3，左。

　　1.1雙電層電容器早在1879年德國亥姆霍茲就提出了雙電層的理論。當金屬插入電解液中時。金屬面上的凈電荷將從溶液中吸引部分不規則分配的帶異種電荷的離子，使它們在電極溶液界面的溶液側離電極定距離排成排。形成個電荷數量與電極面剩余電荷數量相等而符號相反的界面層。這個界面由兩個電荷層組成，層在電極上另層在溶液中。因此稱為雙電層。由于界面上存在個位壘兩層電荷都不能越過邊界彼此中和按照電容器原理將形成個平板電容器1231.

　　液休電解質雙電電容器1956年方出現20葉紀60年代開始了廣泛的研究試制工作。70年代己有商品化產品出現。固體雙電層電容器于1965年出現，但至今尚未達到完全商品化，目前的研宄主要傾向于液體電解質雙電層電容器的研宄。而電極材料方面主要研宄的有活性炭活性炭纖維碳氣凝膠納米碳管等1000.5.5.儲能約6，的活性炭雙電層電容器。他們將活性炭粉和酚醛樹脂粉按73混合，球磨至1500爪2.在10，心150下熱壓成甩然后在90，1.保持下焙燒2制成屯極塊。切成適大小的薄片作為電極使用，電解液用30的硫酸；該電容器單元工作電壓9.6個單元組成個5.5電容器4.

　　850，煅燒獲得石墨層狀結構的碳再用以在800下處理。然后制成了25 1肘；16用聚氯乙烯膜在惰性氣氛中加熱制備微孔以1等用在901下，2活化處，過的活性炭纖維電極和水；容浪電解浪制成丁比容砧165廠廠1浙環岢命達30 0次以上的雙層電括器。；3解液中添加鋰離子使碳電極活化，得到工作電13.并具有更高的能量密度和更長的使用壽命的雙電層電容器。

　　成的電極和聚氟乙鷂聚六氟丙烯凝膠電解液證WTEABI.4=233351l4bni.tii23FgiJfP命4次的雙電層電容器，作方法1在鎳箔上噴涂電極材料的懸浮液2將電極材料壓覆在鎳集流體上。用第種方法制成60025超級電容器單元，并進步組合成100於12超級電容器，經測試用第種方法制成電極性能更好，比較鎳網泡沫鎳兩種集流體泡沫鎳集流體更好，其等效串聯電阻取決于泡沫鎳的等級。

　　極其單極容量為75廣廠1.以聚碳酸酯有機電解液制成能量密度和功韋密投分，為76評1.和5，6既小，1的超級電矜器電極究了雙電層電容器用多孔碳質材料活性炭的孔隙容積孔半徑分布比面積。含氧基團。吸附性能對靜電容量等效串聯電阻等電性能的影響，并在此基礎上確定和優化了制備技術路線，為雙電層電容器的電極板材料國產化提供了理論依據和可行的技術線。

　　另外。1等研宄了大電極32，2的制造技米并制成了2250的超級電容器單元100，功率達到120 130賈；他們還研制了種低成本碳碳超級電容器，單元工作電壓2.0.功率密度1.1以1.笮電極的休枳比界25.013.階3，3.出叫1等研制了種用高密度活性炭纖維出。電極的商容量雙電煜電容器，貨町等對雙電層電容器的活性炭電極離子和孔徑的關系進行了研宄。

　　8心等用金屬離子交換樹脂碳化制備雙電層電容器合物和電解質鹽構成的膜。其強度和可加工性很好。而且離子導電率高。適合制作薄電極。電池和雙電層電容器。還有人研宄了多孔硅電極制成的超級電容器。

　　1.2金屬氧化物電化學電容器141 1.2.1以氧化釕為電極材料的超級電容器它以氧化釕0為電極材料，硫酸或氫氧化鈉氫氧化鉀為電解液，當金屬氧化物電極在電解液中充電放電時離子被吸附解吸進入離開氧化物晶粒內部并發生如下氧化還原反應充電電源拮犬綜充電放電象這樣，充電時個電極吸附氫離子，另個電極解吸氧離子，放電時又反過來。而無論充電還是放電，電解液中的氧離子濃度不變。可這種電容是利用氧化還原反應來工作的。

　　所以也有人稱其為電化學電容器，由于，2電導率可比碳大兩個數量級。在硫酸溶液中穩定。因此用其制成的超級電容器比用碳材料的性能更好。目前的研宄重點在于采用不同的方法5各高比及面積的1；電極材料。小耍的方法，熱分鮮法。

　　溶膠凝膠法等。已報道的如02電極的比容量比較大為768比較初研究的金屬氧化物超級電容器主要是以氧化釕為電極材料，但由于釕的價格很高，為了降低成本。改善性能。些研宄者研宄探討了用其他金屬氧化物取代或部分取代氧化釕1.2.2含釕的復合電極材料超級電容器⑴訕過研，發觀⑴碳氧化物制成的超級電容器比單獨用碳制成的超級電容器具有更高的比能量和功率密度，其方法是在活性炭上用非電沉積的方法沉積層0.4舊，厚勺無定開多訂膜。其比較大比達51.呂；清畢大學馬仁志等1舊通過同1藝廣段制碳納米管到107.，3.證明這種電極是超級電容器的理想候選材料；在碳納長竹良面沉。！1212.；1各出碳納米竹和1出0的復合電極；采用復合電極的電容器的比電容較之于純碳納米管電極有顯著提高；當復合電極中此024氏0的含量了吖時比屯容達刊基于這種以合電極的電界茁月艿等17紀述1當氣相生長納4炭纖維的研宄觀狀。對納米炭纖維的制備方法結構特征。性能和應用前景進行了概述，并簡述了其研究小組采用改進流動催化劑法制備的納米炭纖維的情況。

　　1.；01等18將含存屯化學活性氧化釕的間酚1酸樹脂碳化后用溶膠凝膠法制備高比面的，如干凝膠，其電化學容量隨著釕含量的，加而增大。這說明由于釕的存在使可逆氧化還原反應中出現了法拉第準電容。用含釕14的碳干凝狡制成了容達256，1的電極。膪環奪命人于2次。

　　1.2.3其他金屬氧化物材料的超級電容器入等采用液相法用醋酸鎳合成即0超微粒子。然后將其涂附在鎳箔上。300下焙燒制成陽0電極；在1.，電解液中電極的比較大界量為6471.能量密度40.1.功率密度。17評。呂1.但1作電壓只0.4左才。

　　5501.，2+，廣。制成極。，21沉幻。，10.6的電解液容量達到仙用無紀形的化也得到類似的結果；并由此指出堿金屬離子也可作為電化學電容器的工作離，該作者坯對無定形的51；1進斤丁類似的研宄；1.3導電聚合物電化學電容器121這種超級電容器以導電高分子聚合物為電極材料，通過導電聚合物在充放電過程中的氧化。還原反應，在聚合物膜上快，產生型成1授辦從而5聚合物睹心甩高密度的電荷。

　　產生很大的法拉第準電容，儲存電能。充放電過程中進出正極介類1.電極坫刮，雜狀態。另個是，皂摻雜的導電聚合物門兩個電極是兩種型摻雜導電聚合物幻兩個電極是相同的，型摻雜導電聚合物。第1類結構的電化學電容器有明顯優點摻雜時可充分利用電解液中的陰離子和陽離，進行型和，型摻雜，所以這種類型的電容器充放電能量比較高，是比較具發展前途的超級電容器。目前研宄的導電高分子聚，fiLW+j41iittnfKiolypym，lsrpi.igiioly東北師范大學發明種聚并苯超級電容器。聚并苯導電材料具有比面積大內阻小力學強度高，耐化學腐蝕和熱穩定性好，加工方便等優點。他們采用聚并苯取代活性炭，使超級電容器電性能和結構有明顯改善。該成果于1995年9月通過吉林省科學技術委員會鑒定。李傳碧12用量子化學方法對聚并苯雙鏈模型的電子結構進行計算和討論，結果明聚并苯鏈是良好本征導電性能的半導體材料，88.人。等22用質子和鋰離子導電聚合物電解液制成的電化學氧化還原超級電容器。電極為聚吡咯電解液由恒電流充放電法進行測試，在01.01000次循環充放電時電極容付5定在4084還，1取等3分別采用聚塞吩和1中1為原料削成超級屯電極。其比，1；量分別達到260；1和1廠1.陽13等對，1丁合物沾1屯極的物3；化學性質和電化學性質進行了詳細的研宄，用于氧化還原超級電容器的導電聚合物進行了研宄。肘3對1084；肘。等研，了聚合物超級屯容的付料選擇和。記設計，肘。研宄比較了聚苯胺聚辛基噻吩聚吡咯種電極的氧化還原容量。結果均達到了4.，3.

　　有資料報道日本洋公司曾宣稱1999年底開發出電動汽車用83超級電容器。可完全不用電池。這種電容器的設計功率密度為1評。能量密度從4.4.并稱這種電容器是利用氧化還原反應獲得容量。估計有可能是金屬氧化物或導電聚合物超級電容器。但還未進步的詳細報道。

　　1.4超級電容器產業化情況目前。在超級電容器產業化方面，美國日本俄羅斯處于領先地4.幾乎占據了整個超級電容器市場。這些國家的超級電容器產品在功率容量價格等方面各有自己的特點與優勢。

　　從目前的情況來看，實現產業化的超級電容器基本上都是雙電層電容器。美國，4公司的，系列產品體積小內阻低。

　　長方體形結構，產品致性好。串并聯容易。但價格較高；日本電源拮鐘海云等新型能源器件超級電容器研宄發展比較新動態其產品多為圓柱體形規格較為齊全。適用范圍廣，在超級電容器領域占有較大市場份額；俄羅斯000公司對超級電容器已有25年的研宄歷史。該公司代著俄羅斯的先進水平。其產品以大功率超級電容器產品為主，適用于作動力電源，且有價格優勢；早在1996年俄羅斯1加公司就已研制出了采用純電容器作電源的電動汽車樣品。采用300個電容串聯，可載20人，充電次可行駛12辦時速25該車己運行4年。在我國，大慶華隆電子有限公司是首家實現超級電容器產業化的公司，其產品有5.5，3.5.等系列；去年7月，北京金正平科技有限公司和石家莊開發區高達科技開發有限公司共同研究開發成功大功率超級電容器產品。并己開始批量生產。

　　其技術水平己與俄羅斯相近。但從整體來看，我國在超級電容器領域仍明顯落后于世界先進水平。

　　2結束語電極。電解質隔離膜對超級電容器的性能起決定作用。其他部分的影響也不容忽視。雙電層電容器在些發達國家己逐漸發展成熟。許多系列產品己實現商品化，而我國雖然早在70年代就開始了研究。但產業化才剛剛起步。貴金屬超級電容器性能好。但由于價格太高，限制了它的使用；許多研宄者都在探索用賤金屬氧化物或復合電極來替代貴金屬氧化物，并己取得些研究成果。導電聚合物的出現為超級電容器的發展應用開辟了條嶄新的道路。這種超級電容器是種很有發展前途的新型電容式儲能裝1但是導電聚合物真正能實用的品種還不多，價格也較高。要實現實用化還有許多研宄工作要做。

　　另方面，從目前的研宄情況來看，超級電容器的研宄有許多與鋰離子蓄電池相似的地方。而鋰離子蓄電池的研究相對來說較為成熟，有許多成功經驗值得參考借鑒。電動汽車對超級電容器的性能如能量密度。功率密度提出了更高的要求，也給超級電容器提供了廣闊的應用市場并蘊藏著巨大的利潤，宇惠誠。電氣化學十夕用電解質。電氣化學掃6，業吉田昭彥。活性炭侖用電化學十夕。電氣化學掃，邙工業物理化學，199李標榮，丁愛軍，魯圣國。種超大容量液體雙電層電容器。電古可隆，顧瑞生，張天健，等。多孔碳質材料微結構和電性能的研高須芳雄。金屬酸化物侖用電氣化學十夕。電氣馬仁志，魏秉慶，徐才錄，等。基于碳納米管的超級電容器。中范月英，成會明，蘇基等。氣相生長納米炭纖維的研，進展。新型炭材料，1999，1421420.

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