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石墨烯、CNT、二氧化锰谁将成为未来超级电容器“杀手级”的电极材料?“球王会”

发布日期:2022-08-07 08:07

本文摘要:超级电容器主要由电极、集流体、电解质和隔膜等4部分构成,其中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。研究和研发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的最重要内容。目前研究较多的超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物(或者氢氧化物)、导电聚合物等,而碳材料和金属氧化物电极材料的商品化比较较成熟期,是当前研究的热点。 1、什么是超级电容器?

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超级电容器主要由电极、集流体、电解质和隔膜等4部分构成,其中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。研究和研发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的最重要内容。目前研究较多的超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物(或者氢氧化物)、导电聚合物等,而碳材料和金属氧化物电极材料的商品化比较较成熟期,是当前研究的热点。  1、什么是超级电容器?  超级电容器(supercapacitors或ultracapacitors)又称电化学电容器(electrochemicalcapacitors),是一种介于二次电池与常规电容器之间的新型储能器件,兼具二次电池能量密度低和常规电容器功率密度大的优点;此外,超级电容器还具备对环境无污染、效率高、循环寿命长、用于温度范围长、安全性高等特点,在电动汽车、新能源发电、信息技术、航空航天等领域具备普遍的应用于前景。

  超级电容器还可以与充电电池构成填充电源系统,既需要符合电动车启动、加快和爬坡时的高功率拒绝,又可延长充电电池的循环使用寿命,构建电动车动力系统性能的线性规划。当前,国内外已构建了超级电容器的商品化生产,但还不存在着价格较高、能量密度低等问题,很大地容许了超级电容器的大规模应用于。

  超级电容器主要由电极、集流体、电解质和隔膜等4部分构成,其中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。研究和研发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的最重要内容。  目前研究较多的超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物(或者氢氧化物)、导电聚合物等,而碳材料和金属氧化物电极材料的商品化比较较成熟期,是当前研究的热点。

因此,本文将重点讲解碳材料、金属氧化物及其复合材料等高性能电极材料的近期研究进展以及商品化应用于前景。  2、碳材料作为超级电容器电极材料的近期研究进展碳材料发展史  碳材料是目前研究和应用于尤为普遍的超级电容器电极材料,主要还包括活性炭、模板炭、碳纳米管、活性炭纤维、炭气凝胶和石墨烯等。碳材料具备导电亲率低、比表面积大、电解液浸润性好、电位窗口长等优点,但其比电容偏高。

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碳材料主要是利用电极/溶液界面构成的双电层储存能量,称之为双电层电容。减小电极活性物质的比表面积,可以减少界面双电层面积,从而提升双电层电容。  碳纳米管  碳纳米管是20世纪90年代初找到的一种纳导电性和化学稳定性、较小的比表面积、合适电解质离子迁入的孔隙,以及交互卷曲可构成纳米尺度的网状结构,因而曾被指出是高功率超级电容器理想的电极材料。

  Niu等人最先报导了将碳纳米管用于超级电容器电极材料的研究工作,他们使用催化剂热求解将烃类做成多壁碳纳米管薄膜电极,在质量分数为38%的H2SO4电解液中以及在0.001~100Hz的有所不同频率下,比电容超过50~110F/g,其功率密度多达了8kW/kg。但是,权利生长的碳纳米管形态各异、倾向杂乱,甚至夹杂着浸润有非晶态碳,无法提纯,这就提升了其实际应用于的可玩性。

  近些年来,高度有序碳纳米管阵列的研究再度引发注目,这种在集流体上必要生长的碳纳米管阵列不仅增大了活性物质与集流体间的认识电阻,而且还修改了电极的制取工序。


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