双电层电容器的关键材料及其发展前景

介绍了目前双电层电容器关键材料的发展和国内外的研究现状,包括:活性材料、导电剂、粘结剂、电解液和隔膜等;介绍了目前双电层电容器依性能特点在不同应用领域中的使用,讨论了双电层电容器所具有的优劣势及其发展趋势。

同步合成模板炭化法制备双电层电容器电极用中孔炭材料的研究(英文)

以正硅酸乙酯为模板硅源,间苯二酚 甲醛凝胶为炭前驱体,采用同步合成模板炭化(SSTCM)法制备了具有可控结构的中孔炭材料。炭材料的比表面积可达1500m2/g,平均孔径在3nm～10nm之间。经过酸催化水解预处理的二氧化硅模板前驱体溶液与间苯二酚 甲醛溶液混合,碱性条件下使两者的溶胶凝胶反应同步发生,得到有机/无机凝胶混合物。再经炭化、HF去模,制得SSTCM炭材料。N2等温吸脱附研究表明,与炭前驱体聚合物同步合成的结构可调的二氧化硅模板,导致了SSTCM炭材料可控中孔结构的形成。循环伏安研究表明,采用这种同步合成模板炭化法制备的SSTCM炭材料质量比容量达270F/g,炭材料具有的典型中孔结构使其可能成为一种理想的双电层电容器电极材料。

高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用

以椰壳为原料,ZnCl2为活化剂,用同步物理-化学活化法制备活性炭。所得的炭样品用氮吸附法表征,并根据77K时的吸附-脱附等温线计算了它们的比表面和孔结构参数。用恒流充放电和循环伏安法研究了由活性炭电极与KOH电解质构成的双电层电容器的性能。结果显示,在5mA时放电,活性炭比电容最高达到360F/g;在大电流50mA时,比容量仍超过200F/g。同时分析研究了炭材料比表面积和孔径对电化学性能的影响,发现比表面积与比电容关联性不明显;而孔径大小对炭材料的比电容影响很大。在小电流放电时,中孔炭表面对比电容的贡献明显大于微孔炭表面;随着放电电流的增加,由中孔炭表面构成的双电层电容下降显著,而微孔炭表面的双电层电容下降幅度较小。在大电流放电时,孔径在1.5nm^2nm的较大微孔对储存电能起主要作用。

炭气凝胶/活性炭复合电极在有机电解液体系双电层电容器中的阻抗(英文)

分别以炭气凝胶(CAG),炭黑(CB)以及石墨(G)为导电剂与KOH活化法高比表面积活性炭(HSAC)制备复合电极,组装成双电层电容器,在(C2H5)4NBF4/丙烯碳酸盐电解液体系中进行交流阻抗测试分析。应用动力学及电子传递控制的等效电路模型对各电极的实验阻抗数据进行拟合得到相应的模型参数,串联溶液电阻Rs、极化电阻Rp、能斯特边界层厚度δ及平均孔内离子扩散系数D。结果表明,炭气凝胶复合电极的孔内离子扩散系数D最高,极化电阻Rp与炭黑复合电极接近。炭气凝胶电极的内阻为各电极中最低并且具有最高的比电容。

双电层电容器用中孔活性炭电极的电化学性能

选用中孔活性炭作为双电层电容器的电极材料 ,实验发现 ,中孔活性炭电化学性能优异 ,比表面积利用率高达 93 .5 % ;用水蒸气活化可以增加活性炭的比表面积 ,随着活化时间的延长 ,活性炭收率降低 ,活化 2h收率仅为 2 6.5 % ,同时比表面积从原来的 760m2 /g增加到 14 80m2 /g ,且主要在 2nm附近孔结构分布强度增强。比电容随活化时间的延长而增加 ,但增速低于比表面积的增加幅度。

双电层电容器有机电解液研究进展

双电层电容器作为一种新型储能装置 ,与蓄电池相比具有较高的比功率 ,与传统电容器相比具有较高的比能量 ,容量大 ,无须维护 ,材料无毒 ,运行温度范围宽 ,循环寿命长 ,引起了人们的广泛关注。简介了双电层电容器的工作原理 ,综述了双电层电容器液态有机电解液研究进展 ,同时对固体电解质和胶体电解质的研究现状进行了描述。并根据双电层电容器对电解液的性能要求 ,以提高电解液体系电导率与分解电压为目标 。

双电层电容器用新型无灰煤(HyperCoal)基活性炭的制备

以无灰煤(HyperCoal)为原料,KOH和CaCO3为活化剂制备了煤基活性炭,采用低温N2吸附法表征了活性炭的比表面积和孔结构,测定了活性炭用作双电层电容器(EDLC)电极材料的电化学性能。考察了炭化温度、活化温度、活化时间和活化剂对活性炭电容特性的影响。研究结果表明,比表面积和比电容随着炭化温度的升高而降低,活化温度过高或活化时间太长对比电容有不利影响。此外,CaCO3影响活化过程中孔的开发,显著降低所制备活性炭的比表面积和比电容。在炭化温度为500℃、活化温度为800℃、KOH与焦的质量比为4∶1和活化时间2 h下所得活性炭的比表面积和总孔容分别达到2 540 m2/g和1.65 cm3/g,该活性炭电极在0.5 mol/L TEABF4/PC电解液中的比电容达到最大值46.0 F/g。

双电层电容器及其复合电源系统的研制

碳基双电层电容器作为一种新一代储能系统具有广泛的应用 .直流充放电、循环伏安特性以及交流阻抗等实验显示了本实验室制备的活性炭材料组装的电容器具有良好的电化学性能 ,比容量为 173 2F/g ,在大功率充放电条件下的活性物质的能量密度大于 5 0Wh/kg,同时具有 10 5以上的循环寿命 .由双电层电容器与镍氢电池组成的复合电源系统具有优良的脉冲充放电特性 ,在GSM、CDMA移动通讯系统以及电动车电源等领域具有广泛的用途 .

基于双电层电容的柔性触觉传感器机理研究

触觉信息是机器人感知工作环境的重要途径之一,也是人机协作中保证安全性和舒适性的关键因素。然而,相对于视觉、听觉、嗅觉传感器的发展,机器人触觉传感器的应用和产业化仍相对滞后。提出了一种基于双电层电容原理的机器人柔性触觉传感器,该压力传感器具有结构简单、灵敏度高、测量范围大、高柔性、高信噪比、制备和使用成本较低等优点。传感器由上下两层电极以及中间离子凝胶的纤维层组成,当外界压力作用在传感器上时,离子纤维层压缩,电极与离子纤维层接触面积增大,导致传感器电容变大。实验数据表明,压力和电容有着良好的线性关系,且传感器灵敏度高,可达到3.97 nF/kPa,压力测量范围广,可达到500 kPa,最大迟滞性误差为5.97%,且动态响应可以较好跟随外部压力刺激。此柔性触觉传感器可广泛应用于机器人传感、人机交互、可穿戴设备等场合,具有广泛的学术研究意义和产业推广价值。

粘结剂对块状极板碳纳米管双电层电容器性能影响研究

碳纳米管具有良好的导电性和合适的双电层形成区，适于制作双电层电容器极板． 不同粘结剂的使用会影响电容器的性能，分别选用酚醛树脂和聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）作为碳纳米 管极板的粘结剂，在有机电解质溶液中，研究其电容性能与比表面积和极板结构的关系，从而 找出合适的碳纳米管极板粘结剂．

双电层电容器电极材料最新研究进展

对双电层电容器炭基电极材料中已经产业化的和颇具产业化前景的活性炭、碳纳米管、炭凝胶等几种材料进行了综述,分析了它们的性质、特点和研究进展。

活性炭前处理对双电层电容器性能的影响

制备了沥青焦基活性炭双电层电容器用电极材料,将其分别经水洗、酸洗以及超音速气流粉碎处理。在1 mol/L(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯电解液体系中进行电化学测试,对比评价了各活性炭前处理方法对电容器电化学性能的影响。结果表明,酸洗后活性炭电极比电容提高7%达到163 F/g,高功率放电性能明显改善,当电流密度由70 mA/g增加到1 A/g时,其电极比电容保持率为88%;活性炭进行超细粉碎后不利于电化学性能的提高。

活性炭表面改性对双电层电容器电化学性能的影响（英文）

通过氢气还原改性和浓硝酸氧化处理对石油焦基活性炭(ACs)进行改性。采用氮气吸附和脱附等温线计算改性ACs的BET比表面积、DFT孔径分布及孔容,以XPS方法表征改性ACs的表面含氧官能团种类及含量,改性ACs的电化学性能通过直流循环充放电、循环伏安等表征。结果表明:浓硝酸处理后,ACs比表面积和孔容均稍有减少,表面含氧官能团和比电容明显增加,内阻和自放电显著增大;氢气改性后,ACs比表面积和孔容亦稍有减少,孔径分布的变化使比电容明显增加,氧化官能团的减少降低了内阻并减少了自放电。即,氢气改性ACs的电化学性能明显提高,增加了比电容,降低了内阻和自放电。

水蒸汽活化树脂炭用做双电层电容器电极材料

以热固性酚醛树脂为前驱体,采用水蒸汽为活化剂,通过改变活化时间,制备出了一系列双电层电容器用活性炭(PFR(1-5)).采用低温氮气吸附法测定BET比表面积和孔结构,发现随着活化时间的增加,活性炭的比表面积和中孔率增大.电化学测试表明,用活化时间为5h的PFR5H制备的模拟EDLC的比电容,在有机体系中50mA/g恒流放电比电容达106.5F/g,1000mA/g下放电仍保持99.7F/g,仅衰减了6.4%,具有良好的倍率特性.交流阻抗谱测试结果显示PFR5H的内阻最低,具有良好的电容性能和功率特性.

隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响（英文）

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+活性炭)/石墨体系的混合型电池-超级电容器.研究了不同类型隔膜的物理化学性能,以及其对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响.四种隔膜分别是无纺布聚丙烯毡、多孔聚丙烯薄膜、Al2O3涂层的聚丙烯薄膜和纤维素纸隔膜.进行了表面形貌、差示扫描量热、电解液吸液量和表观接触角测试表征.电化学测试表明,采用纤维素隔膜的双电层电容器具有最高的比电容和更优的倍率性能,电容器的自放电性能差别不大.而对于混合型电池-超级电容器,采用聚丙烯薄膜和无纺布聚丙烯毡隔膜器件的比容量比其它器件约高20%,且采用纤维素隔膜的器件自放电率最高.

双电层电容器高比表面积活性炭的研究

以石油焦为原料,KOH和NaOH为活化剂制取双电层电容器用高比表面积活性炭电极材料。考察了活化剂的种类及其与石油焦配比对活性炭比电容的影响,并对KOH和NaOH的混和物在活化过程中金属K和Na的协同作用进行了初步探讨。研究结果表明控制适宜的活化工艺条件可制得比电容高达52.60 F/g的高比表面积活性炭,用它组装成的双电层电容器具有良好的充放电性能。

双电层电容器电化学阻抗谱的实验研究(英文)

电化学阻抗谱(EIS)是一种很有用的研究电化学性能的技术.理想的双电层电容器(EDLC)阻抗谱的尼奎斯特图由中高频的45°线和低频的与实轴垂直的直线组成,可以用孔径分布-传输线模型来解释.然而,在研究工作中还发现,在阻抗谱的高频区出现了半圆弧区域,为此,提出的等效模型认为半圆弧可以归因于活性材料之间的接触电阻和接触电容,以及电极与集流体之间的接触电阻与接触电容.还研究了充电过程、活性炭和电解液的电导率、导电添加剂和粘结剂的含量、隔膜、活性物质附载量和极片加压等因素对阻抗谱的影响.其中,充电截止电压、活性炭的电导率、导电添加剂的含量和极片加压对半圆弧部分影响较为显著.

改性活性炭双电层电容器电极材料研究

用氢氧化钾对普通活性炭活化改性,比表面积和总孔容由806m2/g和0.411cm3/g分别增加到1168m2/g和0.577cm3/g。用该材料制成硬币型双电层电容器,经测定炭材料比电容高达203.5F/g,提高了64%;等效串联内阻仅为1.94?,大电流放电时容量衰减小于10%。其突出优点是体积与面积比电容高达109.6F/cm3和17.4×10–6F/cm2。研究发现孔径分布于1.4～2.78nm的超微孔和小中孔,有利于电解质离子形成双电层而提高炭材料的电容量。

双电层电容器电压均衡技术综述

双电层电容器(EDLC)目前越来越多地应用于电动汽车、轨道交通、电子消费品及电力系统等各种领域。为利于EDLC的应用和发展,分析了EDLC储能在应用中的不足之处,介绍了EDLC串联均压技术的基本原理及其发展背景,综述了国内外EDLC储能均压技术的发展状况、应用领域、各种不同的均压形式,讨论了它们存在的问题(包括均压速度、精度、效率等),并针对这些问题提出了一些新对策,最后展望了EDLC均压技术的发展前景。

电解液离子与炭电极双电层电容的关系

以酚醛树脂基纳米孔玻态炭(NPGC)为电极,通过微分电容伏安曲线的测试,研究了水相体系电解液离子与多孔炭电极双电层电容的关系.结果表明,稀溶液中,多孔炭电极的微分电容曲线在零电荷点(PZC)处呈现凹点,电容降低,双电层电容受扩散层的影响显著;若孔径小,离子内扩散阻力大,电容下降更为迅速,扩散层对双电层电容的影响增大.而增大炭材料的孔径或电解液浓度,可明显减弱甚至消除扩散层对电容的影响.炭电极的单位面积微分电容高,仅表明孔表面利用率高,如欲获得高的电容量,还要有大的比表面积.离子水化对炭电极的电容产生不利影响,选用大离子和增大炭材料的孔径,可有效降低离子水化对炭电极电容性能的影响.