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1、电子技术查新训练献综述报告题目_超级电容器技术综述_学号3130434055班级微电132学生赵思哲指导教师杨莺$5径/次字2014 年超级电容器技术综述摘 要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的 需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容 器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温 度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件，它填补了传统电容 器和电池之间的空白，能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及 更长的循环寿命，同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。本文主要
2、针对超级电容 器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进 行了简单的论述。关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。A Review of the technology of super capacitorAbstract: In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical applicati
3、on 。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people s request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times.The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time， long servic
4、e life, good temperature characteristic， energy conservation，Environment protecting。As a new kind energy storage element， it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circ
5、ulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery 。The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism， super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the ou
6、tlook carried on simple treatise.Key Words: super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定 方向.超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。目前，用于超级电容器的电极材料 主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。超 级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，己成为化学电源领域内新的产业亮点。 超
7、级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众 多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。就目前的国际形势 来看，超级电容器有着很大的应用前景。1超级电容器概述1。1超级电容器的定义及特点超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件，兼具两者的优点, 如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电，并具有瞬时大电流放电和 对环境无污染等特性.它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科，成为交叉学科 研究的热点之一.作为一种绿色环保、性能优异的新型 储能器件，超级电容器在众多 的领域有广泛的应用，包括国防、军工，以及电动汽车、电脑、移动通信
8、等民用领域， 因而受到了世界各国，尤其是发达国家的高度重视。口表1为各钟元件储能性能：表1各储能系统的性能比较参敏名称-元花称蓄电池屈宇储能/轮僵能能酣密8/(Wh-kg1)20-100-10 9590项安令性说高不高堆护量小很小X较大对邱境影响沁染.5染尤沔染成易P-IL.12041.2超级电容器的历史发展双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的.1879年Hemlholz发现了电化学 界面的双电层电容性质；1957年，Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极 材料的电化学电容器方面的专利；1962年标准石油公司生产了一种6V的以活性碳（AC） 作为电极材料，以硫酸水溶液作为电解质的
9、超级电容器.1979年NEC公司开始生产超 级电容器，开始了电化学电容器的大规商业应用；在超级电容器的产业化上，最早1980 年NEC /Tokin与1987年松下三菱的产品。到20世纪90年代，Econd和EL IT推出了适合于大功 率启动动力场合的电化学电容器.如今，Panasonic . NEC、EPCOS、 Maxwell、Powerstor、Evans,SAFT, NESS等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃.目前美国、日本、俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电容器市场，各个国家的超 级电容量器产品在功率、容量、价格等方面都自己的特点和优势.与国外相比，我国 超级电容器的研究起步晚，目
10、前国内研制超级电容器企业有天津力神公司、上海奥威 科技开发有限公司、北京集星联合电子科技有限公司等.国内研发和生产的超级电容器 主要用于民用，如各种 动交通工具的辅助电源、UPS系统、电磁开关.天津力神公司 与美国Maxwell公司合作，产品性能达到国内领先；上海奥威科技开发有限公司以开 发超级电容器电动汽车为研发目标，并将上海11路公共汽车定为超级电容电动车的示范线，开始了商业化运营，北京集星联合电子产品主要以卷绕型活性炭纤维布作电 极，生产高电压和高容量的有机超级电容器。这一产品不断地得到市场的认知，市 场的拓展也在成几何倍数增长.2.超级电容器的电极材料2.1超级电容器的电极材料电极材料
11、是超级电容器的关键，它决定着超级电容器的主要性能指标.科学家们 对各种具有特定属性的材料已进行了研究，探讨超级电容器的潜力和适用性先进的超 级电容器具有高容量的性能，如碳基材料、过渡金属氧化物和导电聚合物。2。1.1炭材料 多孔炭材料比电容高，循环寿命长，且资源丰富、结构多样、成本适中，是超级电容器 领域最为活跃的研究方向。如表2。表2各种炭材料和期前驱的关系10前驱体双电层电容器用碳材料碳氢化合物炭黑聚合物材料碳纤维石油炭微珠用煤碳气凝胶可再生燃料碳粉末a活性炭（AC）通过不同工艺炭化、 活化制备的AC有很高的比表面积（10003000 m2/g），高的 孔隙率，生产工艺简单且价格低廉，一直
12、受到人们的青睐，是目前已经商品化的电极材 料之一。b活性炭纤维（ACF）活性炭纤维（ACF）是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料，高 比表面积的活性炭 纤维布是己商品化的电极材料之一。ACF的制备一般是将有机前 驱体纤维在低温（200400 C）下进行稳定化处理，随后进行炭化活化（700 1000 C）。ACF具有比表面积高、孔径分布窄、导电性好及比 电容高的特点。如图1。（a）（b）图1 ACF的七吸脱附等温线（a）和孔径分布曲线（b）C碳纳米管（CNTs）碳纳米管（CNTs ）由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优 点，是很有前景的超级电容器电极材料.d炭气凝胶
13、（CAGs）炭气凝胶（CAGs）是唯一具有导电性的气凝胶，具有导电性好、比表面积大、密度 变化范围广等特 点，且轻质、多孔、非晶态、块体纳米炭材料，其连续 的三维网络 结构可在纳米尺度控制和剪裁。它的孔隙率高达80%98%，典型的孔隙尺寸小于50 nm，网络胶体颗粒直径320 nm，比表面积高达6001100 m2/g,是制备双电层电 容器理想的电极材料四 2.1.2过渡金属氧化物金属氧化物电极在超级电容器中产生的法拉第 准电容（赝电容）比碳材料电极 表面的双电层电容要大很多。法拉第准电容是在电极表面或体相中的二维或准二维空 间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸脱附或氧化还原反
14、应。因 为在金属氧化物电极上发生快速可逆的电极 反应，而且该电极反应能深入到电极内 部，因此能量 存储于三维空间中， 提高了能量密度。举例：以RuO2为电极，以硫酸为电解液，其电化学过程可表示如公式1。 正极：HRuO2 H_ fiRuf）2 + dl* + 8e负极：HRuO3 + fll+ +H+ fiRuO2总反应：H R iC2 + 11R uCh 君3Il I _ cR 1.）2 + H l+ 5 R2。1。3导电聚合物电极材料以导电聚合物作为超级电容器的电极材料，主要是利用其掺杂去掺杂电荷的能 力。其贮能机理是：通过电极上聚合物中发生快速可逆的n型、p型元素掺杂和去掺杂 氧化还原反
15、应，使聚合物达到很高的贮存电荷密度，从而产生很高的法拉第准电容。102。2超级电容器的电极材料展望超级电容器是继锂离子电池之后又一极具广泛应用潜力的新型储能器件，具有广 阔的应用前景和巨大的经济价值。电极材料是制约超级电容器发展的关键因素之一。 对当前单一电极材料存在诸如多孔炭材料能量密度及功率密度低、贵金属氧化物价格 高、导电聚合物稳定性差等不足之处，大力开发复合电极材料（如多孔炭/金属氧化物 复合材料、多孔炭/导电聚合物复合材料等）已成为超级电容器电极材料领域的研究 重点。复合电极材料的研发不仅能够实现材料性能和成本的合理平衡，而且有利于改 善超级电容器的综合性能，加快其工业化应用进程。11】3.超级电容器的储能机理如今，超级电容器储存的能量在运输系统中被使用。比如在中地铁网络系统，列车的加 速和刹车需要使用多的能量。使用超级电容器就是来存储制动能量的一种方法。12 3.1超级电容器的储能机理根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双 电层电容器(Electric doubl
