超级电容器电极材料综述课件

Cliquez pour modifier le style du titre,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,Quatrime niveau,Cinquime niveau,*,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Research Progress of Supe,超级电容器概况,电极材料研究进展,3.,展望,目录,CONTENTS,超级电容器概况目录 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,1.1 何为超级电容器超级电容器 (Supercapac,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,1.2 超级电容器的应用超级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,1.3 超级电容器的分类双电层法拉第双电层电容器,其电容,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.比电容 单位为F/g1.4 超级电容器的性能,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 超级电容器的组成电极材料是影响超级电容器性能和生产,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,1.5 超级电容器的组成超级电容器碳素材料金属氧化物。,碳素材料,原理,EDLC,种类,活性炭（,AC,）；活性炭纤维（,CFA,）；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,碳素材料原理EDLC种类活性炭（AC）；活性炭纤维（CFA）,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.,2.1 碳材料Wang,Huanwen,et al.,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,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,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,2.2 过渡金属Wang,Huanwen,Yalan,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,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,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 提高高比电容宽电势窗口1.要有大的比表面积，,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：,3.展望未来电极材料的发展有两个重要的方向:金属氧化物,欢迎大家批评指正,!,欢迎大家批评指正!,