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　　電源技長綜述新型能源器件超級(jí)電容器研究發(fā)展新動(dòng)態(tài)鐘海云，李薦，戴艷陽，李慶奎中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程系，湖南長沙410083出現(xiàn)的種新型能源器件，兼有常規(guī)電容器功率密度大。充電電池能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，可快速充放電。且壽命長。很有希望發(fā)展成為種新型。高效實(shí)用的能量儲(chǔ)存裝置。超級(jí)電容器的工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與普通電容器有很大不同。超級(jí)電容器主要由極化電極。集電極電解質(zhì)隔離膜引線和封裝材料幾部分組成。各部分的組成結(jié)構(gòu)均對(duì)其性能有重要的超級(jí)電容器SUpe1caPadtor是近年來出現(xiàn)的種新型能源器件，與常規(guī)電容器不同，其容量可達(dá)法拉級(jí)甚至數(shù)千法拉。

　　它兼有常規(guī)電容器功率密度大充電電池能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，可快速充放電，而且壽命長，今后很有可能發(fā)展成為種新型高效實(shí)用的能量儲(chǔ)存裝置，因此有人認(rèn)為它是介于充電電池和電容器之間的種新型的能源器件，1是超級(jí)電容器與常規(guī)電容器，充電電池的性能比較超級(jí)電容器在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，如便攜式儀器設(shè)備數(shù)據(jù)記憶存儲(chǔ)系統(tǒng)電動(dòng)汽車電源應(yīng)急后備電源等方面。特別是在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，美國日本俄羅斯等國都先后投入真空冶金，金屬材料。

　　大量人力物力對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行研宄開發(fā)，有些公司的產(chǎn)品己實(shí)現(xiàn)商品化。

　　元器件比能量充放電次數(shù)Cycfe超級(jí)電容器充電電池電源技米鐘海云等新型能源器件超級(jí)電容器研宄發(fā)展新動(dòng)態(tài)1超級(jí)電容器研究發(fā)展動(dòng)態(tài)目前超級(jí)電容器的分類方法并未完全統(tǒng)。般認(rèn)為超雙電層電容器按電解質(zhì)的不同可分為液體雙電層電容器和固體雙電層電容器。液體雙電層電容器又可分為水系電解質(zhì)和非水系電解質(zhì)兩類；電化學(xué)電容器根據(jù)電極材料的不同可分為金4氧化物和4電性高分廣聚1物兩類，1化7.電方器。超級(jí)電容器的工作原理。結(jié)構(gòu)與普通電容器有很大不同。從結(jié)構(gòu)上看。超級(jí)電容器主要由極化電極集電極電解質(zhì)。隔離膜。端板引線和封裝材料幾部分組成。電極的制造技術(shù)電解質(zhì)的組成和隔離膜質(zhì)量對(duì)超級(jí)電容器的性能有決定性的影響。電解質(zhì)的分解電壓決定超級(jí)電容器的工作電壓，所以以水溶液為電解液的電容器工作電壓只有1左右，而有機(jī)電解液的可達(dá)3，左。

　　1.1雙電層電容器早在1879年德國亥姆霍茲就提出了雙電層的理論。當(dāng)金屬插入電解液中時(shí)。金屬面上的凈電荷將從溶液中吸引部分不規(guī)則分配的帶異種電荷的離子，使它們?cè)陔姌O溶液界面的溶液側(cè)離電極定距離排成排。形成個(gè)電荷數(shù)量與電極面剩余電荷數(shù)量相等而符號(hào)相反的界面層。這個(gè)界面由兩個(gè)電荷層組成，層在電極上另層在溶液中。因此稱為雙電層。由于界面上存在個(gè)位壘兩層電荷都不能越過邊界彼此中和按照電容器原理將形成個(gè)平板電容器1231.

　　液休電解質(zhì)雙電電容器1956年方出現(xiàn)20葉紀(jì)60年代開始了廣泛的研究試制工作。70年代己有商品化產(chǎn)品出現(xiàn)。固體雙電層電容器于1965年出現(xiàn)，但至今尚未達(dá)到完全商品化，目前的研宄主要傾向于液體電解質(zhì)雙電層電容器的研宄。而電極材料方面主要研宄的有活性炭活性炭纖維碳?xì)饽z納米碳管等1000.5.5.儲(chǔ)能約6，的活性炭雙電層電容器。他們將活性炭粉和酚醛樹脂粉按73混合，球磨至1500爪2.在10，心150下熱壓成甩然后在90，1.保持下焙燒2制成屯極塊。切成適大小的薄片作為電極使用，電解液用30的硫酸；該電容器單元工作電壓9.6個(gè)單元組成個(gè)5.5電容器4.

　　850，煅燒獲得石墨層狀結(jié)構(gòu)的碳再用以在800下處理。然后制成了25 1肘；16用聚氯乙烯膜在惰性氣氛中加熱制備微孔以1等用在901下，2活化處，過的活性炭纖維電極和水；容浪電解浪制成丁比容砧165廠廠1浙環(huán)岢命達(dá)30 0次以上的雙層電括器。；3解液中添加鋰離子使碳電極活化，得到工作電13.并具有更高的能量密度和更長的使用壽命的雙電層電容器。

　　成的電極和聚氟乙鷂聚六氟丙烯凝膠電解液證WTEABI.4=233351l4bni.tii23FgiJfP命4次的雙電層電容器，作方法1在鎳箔上噴涂電極材料的懸浮液2將電極材料壓覆在鎳集流體上。用第種方法制成60025超級(jí)電容器單元，并進(jìn)步組合成100於12超級(jí)電容器，經(jīng)測(cè)試用第種方法制成電極性能更好，比較鎳網(wǎng)泡沫鎳兩種集流體泡沫鎳集流體更好，其等效串聯(lián)電阻取決于泡沫鎳的等級(jí)。

　　極其單極容量為75廣廠1.以聚碳酸酯有機(jī)電解液制成能量密度和功韋密投分，為76評(píng)1.和5，6既小，1的超級(jí)電矜器電極究了雙電層電容器用多孔碳質(zhì)材料活性炭的孔隙容積孔半徑分布比面積。含氧基團(tuán)。吸附性能對(duì)靜電容量等效串聯(lián)電阻等電性能的影響，并在此基礎(chǔ)上確定和優(yōu)化了制備技術(shù)路線，為雙電層電容器的電極板材料國產(chǎn)化提供了理論依據(jù)和可行的技術(shù)線。

　　另外。1等研宄了大電極32，2的制造技米并制成了2250的超級(jí)電容器單元100，功率達(dá)到120 130賈；他們還研制了種低成本碳碳超級(jí)電容器，單元工作電壓2.0.功率密度1.1以1.笮電極的休枳比界25.013.階3，3.出叫1等研制了種用高密度活性炭纖維出。電極的商容量雙電煜電容器，貨町等對(duì)雙電層電容器的活性炭電極離子和孔徑的關(guān)系進(jìn)行了研宄。

　　8心等用金屬離子交換樹脂碳化制備雙電層電容器合物和電解質(zhì)鹽構(gòu)成的膜。其強(qiáng)度和可加工性很好。而且離子導(dǎo)電率高。適合制作薄電極。電池和雙電層電容器。還有人研宄了多孔硅電極制成的超級(jí)電容器。

　　1.2金屬氧化物電化學(xué)電容器141 1.2.1以氧化釕為電極材料的超級(jí)電容器它以氧化釕0為電極材料，硫酸或氫氧化鈉氫氧化鉀為電解液，當(dāng)金屬氧化物電極在電解液中充電放電時(shí)離子被吸附解吸進(jìn)入離開氧化物晶粒內(nèi)部并發(fā)生如下氧化還原反應(yīng)充電電源拮犬綜充電放電象這樣，充電時(shí)個(gè)電極吸附氫離子，另個(gè)電極解吸氧離子，放電時(shí)又反過來。而無論充電還是放電，電解液中的氧離子濃度不變。可這種電容是利用氧化還原反應(yīng)來工作的。

　　所以也有人稱其為電化學(xué)電容器，由于，2電導(dǎo)率可比碳大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在硫酸溶液中穩(wěn)定。因此用其制成的超級(jí)電容器比用碳材料的性能更好。目前的研宄重點(diǎn)在于采用不同的方法5各高比及面積的1；電極材料。小耍的方法，熱分鮮法。

　　溶膠凝膠法等。已報(bào)道的如02電極的比容量大為768初研究的金屬氧化物超級(jí)電容器主要是以氧化釕為電極材料，但由于釕的價(jià)格很高，為了降低成本。改善性能。些研宄者研宄探討了用其他金屬氧化物取代或部分取代氧化釕1.2.2含釕的復(fù)合電極材料超級(jí)電容器⑴訕過研，發(fā)觀⑴碳氧化物制成的超級(jí)電容器比單獨(dú)用碳制成的超級(jí)電容器具有更高的比能量和功率密度，其方法是在活性炭上用非電沉積的方法沉積層0.4舊，厚勺無定開多訂膜。其大比達(dá)51.呂；清畢大學(xué)馬仁志等1舊通過同1藝廣段制碳納米管到107.，3.證明這種電極是超級(jí)電容器的理想候選材料；在碳納長竹良面沉。！1212.；1各出碳納米竹和1出0的復(fù)合電極；采用復(fù)合電極的電容器的比電容較之于純碳納米管電極有顯著提高；當(dāng)復(fù)合電極中此024氏0的含量了吖時(shí)比屯容達(dá)刊基于這種以合電極的電界茁月艿等17紀(jì)述1當(dāng)氣相生長納4炭纖維的研宄觀狀。對(duì)納米炭纖維的制備方法結(jié)構(gòu)特征。性能和應(yīng)用前景進(jìn)行了概述，并簡述了其研究小組采用改進(jìn)流動(dòng)催化劑法制備的納米炭纖維的情況。

　　1.；01等18將含存屯化學(xué)活性氧化釕的間酚1酸樹脂碳化后用溶膠凝膠法制備高比面的，如干凝膠，其電化學(xué)容量隨著釕含量的，加而增大。這說明由于釕的存在使可逆氧化還原反應(yīng)中出現(xiàn)了法拉第準(zhǔn)電容。用含釕14的碳干凝狡制成了容達(dá)256，1的電極。膪環(huán)奪命人于2次。

　　1.2.3其他金屬氧化物材料的超級(jí)電容器入等采用液相法用醋酸鎳合成即0超微粒子。然后將其涂附在鎳箔上。300下焙燒制成陽0電極；在1.，電解液中電極的大界量為6471.能量密度40.1.功率密度。17評(píng)。呂1.但1作電壓只0.4左才。

　　5501.，2+，廣。制成極。，21沉幻。，10.6的電解液容量達(dá)到仙用無紀(jì)形的化也得到類似的結(jié)果；并由此指出堿金屬離子也可作為電化學(xué)電容器的工作離，該作者坯對(duì)無定形的51；1進(jìn)斤丁類似的研宄；1.3導(dǎo)電聚合物電化學(xué)電容器121這種超級(jí)電容器以導(dǎo)電高分子聚合物為電極材料，通過導(dǎo)電聚合物在充放電過程中的氧化。還原反應(yīng)，在聚合物膜上快，產(chǎn)生型成1授辦從而5聚合物睹心甩高密度的電荷。

　　產(chǎn)生很大的法拉第準(zhǔn)電容，儲(chǔ)存電能。充放電過程中進(jìn)出正極介類1.電極坫刮，雜狀態(tài)。另個(gè)是，皂摻雜的導(dǎo)電聚合物門兩個(gè)電極是兩種型摻雜導(dǎo)電聚合物幻兩個(gè)電極是相同的，型摻雜導(dǎo)電聚合物。第1類結(jié)構(gòu)的電化學(xué)電容器有明顯優(yōu)點(diǎn)摻雜時(shí)可充分利用電解液中的陰離子和陽離，進(jìn)行型和，型摻雜，所以這種類型的電容器充放電能量高，是具發(fā)展前途的超級(jí)電容器。目前研宄的導(dǎo)電高分子聚，fiLW+j41iittnfKiolypym，lsrpi.igiioly東北師范大學(xué)發(fā)明種聚并苯超級(jí)電容器。聚并苯導(dǎo)電材料具有比面積大內(nèi)阻小力學(xué)強(qiáng)度高，耐化學(xué)腐蝕和熱穩(wěn)定性好，加工方便等優(yōu)點(diǎn)。他們采用聚并苯取代活性炭，使超級(jí)電容器電性能和結(jié)構(gòu)有明顯改善。該成果于1995年9月通過吉林省科學(xué)技術(shù)委員會(huì)鑒定。李傳碧12用量子化學(xué)方法對(duì)聚并苯雙鏈模型的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算和討論，結(jié)果明聚并苯鏈?zhǔn)橇己帽菊鲗?dǎo)電性能的半導(dǎo)體材料，88.人。等22用質(zhì)子和鋰離子導(dǎo)電聚合物電解液制成的電化學(xué)氧化還原超級(jí)電容器。電極為聚吡咯電解液由恒電流充放電法進(jìn)行測(cè)試，在01.01000次循環(huán)充放電時(shí)電極容付5定在4084還，1取等3分別采用聚塞吩和1中1為原料削成超級(jí)屯電極。其比，1；量分別達(dá)到260；1和1廠1.陽13等對(duì)，1丁合物沾1屯極的物3；化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研宄，用于氧化還原超級(jí)電容器的導(dǎo)電聚合物進(jìn)行了研宄。肘3對(duì)1084；肘。等研，了聚合物超級(jí)屯容的付料選擇和。記設(shè)計(jì)，肘。研宄比較了聚苯胺聚辛基噻吩聚吡咯種電極的氧化還原容量。結(jié)果均達(dá)到了4.，3.

　　有資料報(bào)道日本洋公司曾宣稱1999年底開發(fā)出電動(dòng)汽車用83超級(jí)電容器。可完全不用電池。這種電容器的設(shè)計(jì)功率密度為1評(píng)。能量密度從4.4.并稱這種電容器是利用氧化還原反應(yīng)獲得容量。估計(jì)有可能是金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔锍?jí)電容器。但還未進(jìn)步的詳細(xì)報(bào)道。

　　1.4超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)化情況目前。在超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)化方面，美國日本俄羅斯處于地4.幾乎占據(jù)了整個(gè)超級(jí)電容器市場(chǎng)。這些國家的超級(jí)電容器產(chǎn)品在功率容量價(jià)格等方面各有自己的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。

　　從目前的情況來看，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的超級(jí)電容器基本上都是雙電層電容器。美國，4公司的，系列產(chǎn)品體積小內(nèi)阻低。

　　長方體形結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品致性好。串并聯(lián)容易。但價(jià)格較高；日本電源拮鐘海云等新型能源器件超級(jí)電容器研宄發(fā)展新動(dòng)態(tài)其產(chǎn)品多為圓柱體形規(guī)格較為齊全。適用范圍廣，在超級(jí)電容器領(lǐng)域占有較大市場(chǎng)份額；俄羅斯000公司對(duì)超級(jí)電容器已有25年的研宄歷史。該公司代著俄羅斯的先進(jìn)水平。其產(chǎn)品以大功率超級(jí)電容器產(chǎn)品為主，適用于作動(dòng)力電源，且有價(jià)格優(yōu)勢(shì)；早在1996年俄羅斯1加公司就已研制出了采用純電容器作電源的電動(dòng)汽車樣品。采用300個(gè)電容串聯(lián)，可載20人，充電次可行駛12辦時(shí)速25該車己運(yùn)行4年。在我國，大慶華隆電子有限公司是實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)化的公司，其產(chǎn)品有5.5，3.5.等系列；去年7月，北京金正平科技有限公司和石家莊開發(fā)區(qū)高達(dá)科技開發(fā)有限公司共同研究開發(fā)成功大功率超級(jí)電容器產(chǎn)品。并己開始批量生產(chǎn)。

　　其技術(shù)水平己與俄羅斯相近。但從整體來看，我國在超級(jí)電容器領(lǐng)域仍明顯落后于世界先進(jìn)水平。

　　2結(jié)束語電極。電解質(zhì)隔離膜對(duì)超級(jí)電容器的性能起決定作用。其他部分的影響也不容忽視。雙電層電容器在些發(fā)達(dá)國家己逐漸發(fā)展成熟。許多系列產(chǎn)品己實(shí)現(xiàn)商品化，而我國雖然早在70年代就開始了研究。但產(chǎn)業(yè)化才剛剛起步。貴金屬超級(jí)電容器性能好。但由于價(jià)格太高，限制了它的使用；許多研宄者都在探索用賤金屬氧化物或復(fù)合電極來替代貴金屬氧化物，并己取得些研究成果。導(dǎo)電聚合物的出現(xiàn)為超級(jí)電容器的發(fā)展應(yīng)用開辟了條嶄新的道路。這種超級(jí)電容器是種很有發(fā)展前途的新型電容式儲(chǔ)能裝1但是導(dǎo)電聚合物真正能實(shí)用的品種還不多，價(jià)格也較高。要實(shí)現(xiàn)實(shí)用化還有許多研宄工作要做。

　　另方面，從目前的研宄情況來看，超級(jí)電容器的研宄有許多與鋰離子蓄電池相似的地方。而鋰離子蓄電池的研究相對(duì)來說較為成熟，有許多成功經(jīng)驗(yàn)值得參考借鑒。電動(dòng)汽車對(duì)超級(jí)電容器的性能如能量密度。功率密度提出了更高的要求，也給超級(jí)電容器提供了廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)并蘊(yùn)藏著巨大的利潤，宇惠誠。電氣化學(xué)十夕用電解質(zhì)。電氣化學(xué)掃6，業(yè)吉田昭彥。活性炭侖用電化學(xué)十夕。電氣化學(xué)掃，邙工業(yè)物理化學(xué)，199李標(biāo)榮，丁愛軍，魯圣國。種超大容量液體雙電層電容器。電古可隆，顧瑞生，張?zhí)旖。取６嗫滋假|(zhì)材料微結(jié)構(gòu)和電性能的研高須芳雄。金屬酸化物侖用電氣化學(xué)十夕。電氣馬仁志，魏秉慶，徐才錄，等。基于碳納米管的超級(jí)電容器。中范月英，成會(huì)明，蘇基等。氣相生長納米炭纖維的研，進(jìn)展。新型炭材料，1999，1421420.

　　直井勝彥，未松俊造。導(dǎo)電性高分子查用電氣化學(xué)十夕。電氣化學(xué)掃上以工業(yè)物理化學(xué)，1996698903.

　　李傳碧，王素凡，謝忠巍，等。聚并苯的鏈間作用對(duì)其導(dǎo)電能力的