超级电容器电极材料综述.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014/4/9,#,IMC,超级,电容器,电极材料的研究进展,Research Progress of Supercapacitors Electrode Material,Designed,by,PengTQ,超级电容器概况,电极材料研究进展,3.,展望,目录,CONTENTS,1.1,何,为超级电容器,超级电容器,(Supercapacitors),它兼有静电电容器和电池特性,能提供比,静电,电容器,更高的能量密度,比,电池,更高的功率密度和更长的,循环寿命,。,高能量密度,高功率密度,长循环寿命,超级电容器,超级电容器,传统电容器,电池,VS,1.2,超级电容器的,应用,超级,电容器,通讯,电子,国防,汽车,新能源,1.3,超级电容器的,分类,双电层,法拉第,双电层电容器,其电容的产生主要基于电极,/,电解液上,电荷分离,所产生的双电层电容,如碳电极电容器,法拉第准电容器,其电容的产生是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,高度的化学吸脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容,如,金属氧化物电极,电容器和导电聚合物电极电容,器,1.,比电容,单位,为,F/g,2.,功率密度,也称比功率,指,单位质量或,单位体积,的超级电容器在匹配负荷下产生电,/,热效应,各,半时,的放电功率。它表征超级电容器所能承受电流,的能力,单位为,kW/kg,或,kW/L,。,3.,能量密度,也称比能量,指,单位质量或,单位体积,的电容器所给出的能量,单位为,Wh/kg,或,Wh/L,。,4.,循环稳定性,1.4,超级电容器,的,性能指标,1.5,超级电容器的,组成,电极,材料,是影响超级电容器性能和,生产成本,的最关键因素之一。,超级电容器,集流体,电解质,电 极,隔 膜,1.5,超级电容器的,组成,超级电容器,电极材料,碳素材料,金属氧化物,。,导电聚合物,碳素材料,原理,EDLC,种类,活性炭（,AC,）,；,活性,炭纤维,（,CF,A,）,；,碳,纳米管（,CNTs,）,；,炭,气凝胶（,CAGs,）,；,石墨,等,优点,原料丰富价格,低廉,；,比表面大,；,导电性好,；,化学稳定性,高,缺点,比电容相对,较小,；能量密度不高,研究热点,活化活性炭（物理,/,化学,）,；碳材料的分散,高度,有序的,碳纳米管,阵列,；,修饰,石墨,烯,；,复合材料,：如,CNT,与金属氧化物、导电聚合物、石墨烯的复合材料,2.1,碳材料,2.1,碳材料,Wang,Huanwen,et al.Cutting and unzipping multiwalled carbon nanotubes into curved graphene nanosheets and their enhanced supercapacitor performance.,ACS applied materials&interfaces,4.12(2012):6827-6834.,金属氧化物材料,原理,以法拉第电容为主，也包含双电层电容：离子的吸附,/,脱吸附和插入,/,脱出,种类,贵金属氧化物（,RhO,、,IrO,）,；,贱,金属氧化物（,Co,3,O,4,、,NiO/NiOH,、,MnO,2,、,V,2,O,5,等）,优点,高的比电容,（是碳材料的,10 100,倍,）,；,稳定性,好,缺点,结构,致密,，,导电性,能,差,；,电势窗口太窄,研究热点,通过不同的,制备,方法如,PLD,）,得到,纳米化,的结构，如已制备了纳米棒、纳米片纳米环、分级多孔纳米花、中空纳米,球,等,，,主要为了增大表面积，同时有利于离子的,传输,；复合材料,2.2,过渡金属,2.2,过渡金属,Wang,Huanwen,Yalan Wang,and Xuefeng Wang.Pulsed laser deposition of the porous nickel oxide thin film at room temperature for high-rate pseudocapacitive energy storage.,Electrochemistry Communications,18(2012):92-95.,Wang,Huanwen,Yalan Wang,and Xuefeng Wang.Pulsed laser deposition of large-area manganese oxide nanosheet arrays for high-rate supercapacitors.,New Journal of Chemistry,(2013).,PLD,导电聚合物材料,原理,主要是,法拉第准电容,：,电极,内具有高电化学活性的导电聚合物进行可逆的,P,型,或,n,型,掺杂或去,掺杂,；,还有,一部分电极,/,溶液界面的双电层,种类,聚,吡咯,；,聚苯胺聚,噻吩,优点,通过设计,聚合物的结构,，优选聚合物的匹配性，来提高电容器的整体性,能,；,比电容大,；,成本,低,缺点,品种,少,；,直接,用导电有机聚合物作电化学电容器电极材料电容器内,电阻,较大,；充放电过程会,发生膨胀,，影响使用寿命,研究热点,开发新的,导电聚合物,；,改进,导电聚合物电极材料的,性能,，,优化,超级,电容器阴、阳极上聚合物的电化学匹配性,；复合材料,2.3,导电聚合物,3.,展望,提高,能量密度,高比电容,宽电势窗口,1.,要,有,大的,比表面积,，高,比表面意味着有更多的反应活性点,。,2.,要,有,合适的孔分布,，孔网络以及孔长度，这些条件都有利于离子,以较高,的速率传输,。,3.,复合,电极的电荷,传输电阻要低,。,4.,有,较高的电化学,稳定性,和机械稳定性。,电极材料,3.,展望,未来电极材料的发展有,两个重要的方向,:,复合材料,材料,纳米,化,纳米,结构的材料具有,高比表面积,，,能够,为电子和离子的传输扩散,提供短通道,，从而提高与,电解液,离子的接触，使得材料在高电流密度下也,有,高,的,充放电,速度,。,金属氧化物材料,导电性,差,碳,材料,比电容小,复合材料,导电性能好,比电容大,例如：,欢迎大家批评指正,!,