Transcript 王宾-车用超级电容器及其电极材料

车用超级电容器及其电极材料
报告人：王宾
一
超级电容器概念及原理
二
超级电容器的优缺点
三
超级电容器的工作原理
四
超级电容器的电极材料
五
超级电容器在汽车上的应用
一、什么是超级电容器？
• 概念：超级电容器是近年来发展起来的一种新型的储能装置
, 是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能元件，兼有
传统电容器功率密度大和二次电池能量密度高的优点，充电
速度快循环寿命长（十万次以上）对环境无污染等特点。
参数
超级电容器
普通电容器
电池
能量存储
瓦-秒能量
瓦-秒能量
瓦-小时能量
充电方式
横越两端的电压
（即用电池）
横越两端的电压
（即用电池）
电流和电压
功率提供
快速放电，线性或指数电
压衰减
快速放电，线性或指数电
压衰减
在长时间内保持恒定电压
充电/放电时间
毫秒至秒
皮秒至毫秒
1至10小时
外形尺寸
小
小到大
大
能量密度
1至5KW/kg
0.01至0.05 KW/kg
8至600 KW/kg
功率密度
高，＞4000W/kg
高，＞5000 W/kg
低，100-3000 W/kg
工作电压
2.3V至2.75V（每节）
6V至800V
1.2V至4.2V每节
寿命
＞10万个周期
＞10万个周期
150至1500个周期
工作温度
-40至+80℃
-20至+100℃
-20至+65℃
功
率
密
度
普
通
电
容
超级电容器
电池
能量密度
二、超级电容器的优缺点
• 优点
1.电容量大：目前单体超级电容器的最大电容量可达
5000F；
2.充放电寿命很长：可达500000次,或90000小时，而
蓄电池的充放电寿命很难超过1000次；
3.可以数十秒到数分钟内快速充电；
4.可以在很宽的温度范围内正常工作（-40至+80℃）
• 缺点：
1.如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；
2.和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于
交流电路。
三、超级电容器的工作原理
双电层超级电容器
超
级
电
容
器
金属氧化物（RuO2）
法拉第超级电容器（赝电容）
导电高分子聚合物
对称型
混合型超级电容器
非对称型
超级电容器的分类
• 1、双电层超级电容器
集流体
2、赝电容超级电容器
• 赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或体相
中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位
沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附或氧化，还
原反应，产生和电极充电电位有关的电容。
F
沉积原子
基底
∑Fi＞∑fi
沉积原子
基底
3、混合型超级电容器
• 一极采用传统的电池电极并通过电化学反应来储存
和转化能量，另一极则通过双电层来储存能量。
• 电池电极具有高的能量密度，同时两者结合起来会
产生更高的工作电压
四、电极材料
活性炭
超
级
电
容
器
电
极
材
料
碳材料电极
活性炭纤维
炭气凝胶
碳纳米管
金属氧化物电极（氧化钌（ＲｕＯ２））
导电聚合物电极
电弧法
化学气相沉积法（催化热分解法）
• 碳纳米管
电极制备
方法
激光发法（制备单壁碳纳米管的有效方法）
激光重熔法
等离子腐蚀法
• 电弧法
电弧法制备碳纳米管示意图
• 化学气相沉积法（催化热分解法）
催化热分解法制备碳纳米管示意图
• 激光蒸发法（制备单壁碳纳米管的有效方法）
水冷铜收集器
冷
却
水
真空
带有
催化
剂的
石墨
靶材
激光蒸发法制备碳纳米管示意图
氩气
激光
氩气
• 激光重熔法和等离子腐蚀法
Si
Co
SiO2
激光
1.稀HF浸泡
2.Ar中750-950
3.NH3
获得规则均匀的催
化剂模板
碳纳米管的活化处理方法
•
1.KOH活化处理：Jiang等用KOH对化学气相沉积法制备的碳纳米管进行
活化,比表面积从活化前的194.1㎡/g增加到510.5 ㎡/g
•
2.空气或CO2： Li等用空气活化催化裂解法制备的碳纳米管,在480℃~750℃
对其活化20min, 650℃达最大值175.27m2/g。
五、超级电容器在汽车上的应用