【正文】 雙電層理論基礎上的一種全新的電容器。那么，如果在電解液中同時插入兩個電極，并在其間施加一個小于電解質溶液分解電壓的電壓，這時電解液中的正、負離子在電場的作用下會迅速向兩極運動，并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層。 雙電層電容器與 鋁電解電容器 相比內阻較大，因此，可在無負載 電阻 情況下直接充電，如果出現(xiàn)過電壓充電的情況，雙電層電容器將會開路而不致?lián)p壞。同時，雙電層電容器與可充電電池相比，可進行不限流充電，且充電次數(shù)可達 10^6 次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。當外加電壓加到超級電容器的兩個內蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 3 極板上時，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲正電荷，負極板存儲 負電荷 ，在超級電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內電場，這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做雙電層，因此 電容量 非常大。由于隨著超級電容器放電 ，正、負極板上的電荷被 外電路泄放，電解液的界面上的電荷相應減少。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學反應的蓄電池是不同的。因此，一般雙電層電容器容量很容易超過 1F，它的出現(xiàn)使普通電內蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 4 容器的容量范圍驟然躍升了 3554 個數(shù)量級，目前單體超級電容器的最大電容量可達 5000F。 ，而蓄電池再如此短的時間內充滿電將是極危險 的或幾乎不可能。 ，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池軍具有毒性。 ，如采取均壓后，還可以串聯(lián)使用 超級電容器 的發(fā)展前景 從結構上看，超級電容器主要由 電極 、電解質、 隔膜 、 端板 、 引線 和封裝 材料 組成，其中電極、 電解質 和隔膜的組成和質量對超級電容器的性能起著決定性的影響，采用何種電極板和電解質材料將基本決定最終產(chǎn)品的類型與特性。 內蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 5 這一技術一旦進入成熟的工業(yè)生產(chǎn)，他們所研制的 新型超級電容器動力系統(tǒng)將替代包括從電動汽車到筆記本電腦的一切電化學電池。從技術上說，它并不是電池，而是一種超級電容器，它在 5 分鐘內充的電能可以讓一個 電動車走 500 英里，電費只有 9 美元。 與傳統(tǒng)的 電化學電池 相比，超級電容器有很多好處。但是，一般的超級電容器也有其弱點，就是能量存儲率有限，市場上的高端超級電容器每 千克的存儲能量只有鋰電池的 1/25。 EEStor 公司負責人聲稱，該超級電容器每公斤所存儲的能量可達 千瓦時，相比之下，每公斤 鋰電池 是 千瓦時，鉛酸電池只有 千瓦時，這就讓超級電容器有了可用在從電動車、起搏器到現(xiàn)代化武器等多種領域的可能。而且，由于它不是化學電池，而是一種固體狀態(tài)的能量儲存系統(tǒng)，不會出現(xiàn)鋰電池那種過熱甚至爆炸的危險，沒有安全隱患。顯然，該突破也對下一代鋰電池的研制者造成威脅。 內蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 6 第二章 超級電容器的應用領域 超級電容器具有更高的功率密度和循環(huán)壽命，特別適合應用于需要高功率輸出的環(huán)境。電化學能量儲存可用于需要高能量密度的領域，例如：電機、數(shù)字通訊系統(tǒng)和為電腦提高脈沖能量等。與普通的電容器相比，超級電容器具有較小的尺寸，因此，它擁有不同尋常的儲存大量電 能的能力。然而由于人多數(shù)超級 f乜容器都使用有機電解液，造成單位電容的價格很高，最初只應用于軍事領域，作潛艇或坦克發(fā)動機的啟動動力。但是提高現(xiàn)有電極材料的比電容，研制在水相電解液中具有高能跫密度的超級電容器依然是研究者面臨的挑戰(zhàn)。 小功率電子設備的后備電源、替換電源或主電源 1. 后備電源。其電量通常在微安或毫安級。 2. 替換電源。例如，白天太陽能提供電源并對超級電容器充電，晚上則由超級電容器 提供電源。 3. 主電源。放電之后，超級電容器再由低功率的電源充電。 電動汽車和混合電動汽車 電動汽車的動力源有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及燃料電池等。與之相比，超級電容器功率大，充電速度 快，輸出功率大，剎車再生能量回收效率高。目前世界各國都在開發(fā)電動汽車，主要傾向是開發(fā)混合電動汽車（ HEV），用電池為電動汽車的正常運行提供能量，而加速和爬坡時可以由超級電容器來補充能量。在電動車輛行駛時，起步快，加速快，爬坡能力強。采用超級電容器儲能，可以充分發(fā)揮其功率密度大、循環(huán)壽命長、儲能密度高、無需維護等優(yōu)點，既可以單獨儲能，也可以與其他儲能裝置混合儲能。超級電容器還應用于風力發(fā)電、燃料電池等分布式發(fā)電系統(tǒng)，可以對系統(tǒng)起到瞬間功率補償?shù)淖饔?，并可以在發(fā)電中斷時作為備用電源，以提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。當電梯上升時，能量緩沖器向驅動系統(tǒng)中的直流母線供電，提供電機所需的峰值功率；在電梯減速下降過程中，吸收電機通過變頻器向直流母線回饋的能量。軍用裝備對儲能單元的要求是可靠、輕便、隱蔽性強。 第三章 超級電容器的性能 超級電容器的電極材料 目前應用于超級電容器的電極材料有 3種：炭基材料、金屬氧化物材料和導電聚合物材料。而金屬氧化物和導電聚合物主要靠氧化還原反應產(chǎn)生的贗電容：在這里，我們主要介紹炭基材料及金屬氧化物材料。炭材料能在不同的溶液中 (從強酸到強堿 )保持化學性質的穩(wěn)定，并且能在較寬的溫度范圍下工作。理論上，多孔炭材料的比表面積越大，比電 容越高。研究發(fā)現(xiàn)炭材料的電化學導電性嚴重影響電化學雙電層電容器的厚度。在這些因素中，最重要的就是要達到比表面積積和直徑分布的一個平衡點。眾所周知，微孔 (2 nm)在形成電化學雙電層的過程中起到很重要的吸附作用。因此，孔道的可用性和可濕性，以及適合電解液陰、陽離子傳輸?shù)目壮叽鐚Λ@得良好的電容行為至關重要 l引。我們很容易在文獻中發(fā)現(xiàn)這樣一個觀點： BET表而積越高，電容值越高。事實上，由于依附于電解質離子的篩孔效應，狹窄的微孔可能對總雙電層電容沒有任何貢獻。近期的研究發(fā)現(xiàn)，在水相電 解液中，比表面積僅為 1300 m2． g1的炭材料其電容值可高達 175 F． g1。與有機電解液相比較，水性電解液具有更小的電解液離子和較高的介電常數(shù)，所以在水性電解液中所獲得電容值較高。為優(yōu)化活性炭在有機電解液中的電容行為，必須選擇一種具有適合傳輸電解液離子 的孔道的活性炭材料。 Shi的等人在乙腈 (C2H5)4N+BF4電解液中研究發(fā)現(xiàn)，當正極材料的孔徑小于負極材料的孔徑時電容值高而且電阻低。此研究結果清晰地證明了在離子尺寸和炭材料的孔徑之間必須找到一個 折衷點 。在水性電解液和有機電解液中，達到孔道最仲填允度的孔徑分別為 0． 7 nm和 O． 8 nm。他們重點研究了在 1． 5 M的乙腈 TEBF4電解液中，炭材料的孔徑對電荷儲存的影響。 電容值除了與孔徑分布有聯(lián)系之外，炭電極材料的電化學電導率是電容行為的另一 個限制因素，尤其對功率密度。一般的，孔道越多，電導率就越低。因此，在電極材料中添加導電物質對其電化學行為具有至關重要的意義。具有高比表面積、更適宜的小于 1 nm的孔徑以及微孔和中孔率達到良好平衡的炭材料具有最佳電容行為。此外介孔材料制得的雙電層電容材料的電荷儲量高于金屬氧化物粒子組裝后 的電容量，更遠高于市售的金屬氧化物雙電層電容器。它的誘人之處還在于其在燃料電池，分子篩，吸附，催化反應，電化學等領域的潛在應用價值。 多孔碳材料尤其是活性炭材料由于具有 比表面積大、價格低廉、化學和物理穩(wěn)定性好、導電性高、電極制備簡單等優(yōu)點，被廣泛的用作超級電容器的電極材料。而有序介孔碳材料不僅具有高比表面積，而且孔徑較大，孔道排列有序，有利于電解液離子的擴散，因此可以成為超級電容器的優(yōu)良電極材料。在這 些模板法炭材料中，微孔和介孔被完美的連接在一起．介孔在單體硅的孔壁上形成．而炭壁上內蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 11 則形成微孔。然而在典型的微孔活性炭中，這一情況卻完全不同。因此，在這種情況下的極限孔徑大于離子最終積累的孔徑。 超級電容器的充放電性能 超級電容器的充電性能 目前 ,高 壓開關柜的操作機構大多采用 CD CD CD17等型號 ,其合閘電流一般在 100A～ 200A,超級電容器完全可以在短時間內提供這樣大的電流 ,經(jīng)過對直