双电层电容器电极材料和结构

双电层电容器的电极是其重要的部分,电极的性能和质量直接影响着电容器的性能。本文介绍双电层电容器电极材料和结构技术进展情况。     

电化学电容器最新研究进展 I.双电层电容器

主要依据最近5年来的相关文献,综述了双电层电容器的最新研究进展。介绍了碳材料、电解液、表面改性、沉积金属氧化物和嵌入导电聚合物对碳电极电化学电容器的影响。新材料的开发和利用极大地提高了双电层电容器的性能,降低了原料成本,同时也拓宽了人们的研究范围。     

石墨烯基自支撑电极应用于超级电容器研究进展

石墨烯凭借高导电性、高比表面积、优异的机械性能,成为超级电容器电极的理想材料。综述了自支撑石墨烯基电极在双电层电容器、赝电容器和混合型超级电容器三种类型电容器中的应用研究进展,并在此基础上,对未来自支撑石墨烯基电极的发展方向做出了分析和展望。     

碳纳米管/氧化镍复合电极超大容量离子电容器

碳纳米管作为一种新型碳材料,具有质轻,高的有效比表面积和优良的导电性,是制备双电层电容器较为理想的电极材料。本文实验用硝酸回流处理碳纳米管,对其表面改性,通过sol-gel法在改性后的碳纳米管上沉积Ni(OH)2,经灼烧得到碳纳米管/氧化镍复合材料,制成电极装配成电容器单元。该电容器具有双电层电容和赝电容特性,其比电容量为160 F/g,频率响应特性较活性炭电极电容器有所提高,是一种极具发展潜力的储能器件。     

电化学双电层电容器的研制

通过催化裂解法制备了碳纳米管并进一步制备了碳纳米管薄膜电极。基于该种材料的超电容器电极比容量达到36 F/g并表现出良好的功率特性。本文采用多种研究方法对基于该种材料的双电层电容器进行了详细的研究。     

超级电容

超级电容属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。由于其容量很大,对外表现和电池相同,因此也有称作“电容电池”。     

碳纳米管作为超大容量离子电容器电极的研究

本文采用碳纳米管作为超大容量离子电容器的电极材料,研究了硝酸改性处理、粘结剂对电极的电容器性能的影响,探讨了其电容的形成机理.当用硝酸改性处理的碳纳米管作电极,用30%(wt)的H₂SO₄作电解质溶液时,所得超大容量离子电容器不仅能形成双电层电容,也能形成赝电容,从而得到了69F/g的比电容;同时碳纳米管电极超大容量离子电容器具有良好的频率响应特性.     

超级电容器综述

超级电容器发展简史 双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的,1879年Helmholz发现了电化学界面的双电层电容性质;1957年,Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利（提出可以将小型电化学电容器用做储能器件）;1962年标准石油公司（SOHIO）生产了一种6V的以活性碳（AC）作为电极材料,以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器,1969年该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化;     

双电层电容器用酚醛树脂基活性炭的制备

以酚醛树脂为原料,KOH为活化剂制备双电层电容器用高比表面积活性炭电极材料。考察了工艺因素对活性炭比电容的影响,探讨了酚醛树脂基高比表面积活性炭作双电层电容器电极的电化学特性。结果表明,在固化温度为150℃、炭化温度为700℃,ζ(碱/炭)为4,活化温度为800℃时,制得的高比表面积活性炭双电极比电容可达74.2 F/g。     

双电层电容器及其应用

双电层电容器是具有电池和电容双重特性的新型电子元件,主要用于存储器备用电源、停机及关机备用电源、瞬间断电备用电源以及汽车能源再生系统。文中介绍了双电层电容器的设计原理以及它和电池及铝电解电容器的比较,并以哈尔滨大容电子有限公司生产的三种系列双电层电容器为例,对该产品及其应用作了介绍,最后给出了使用双电层电容器的注意事项。     

Sb掺杂SnO2修饰双电层电容活性炭电极的研究

应用sol-gel浸渍与热处理工艺相结合,在活性炭表面包覆Sb掺杂的SnO2薄膜对电极进行修饰,构成AC-SnO2/KOH/AC-SnO2双电层电容器,测试结果表明,400 mA/g电流密度条件下,修饰后的双电层电容器在0.001～1.5 V相对较高电压区间的放电容量,比AC/KOH/AC双电层电容器在0.001～1.0 V电压区间高36%,但AC-SnO2的单电极比电容仅为AC单电极比电容的91.9%;当电流密度大于400 mA/g,两种电极的大电流性能相当。     

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。     

Switchable Supercapacitors with Transistor‐Like Gating Characteristics (G‐Cap)

A novel three‐electrode electrolyte supercapacitor (electric double‐layer capacitor [EDLC]) architecture in which a symmetrical interdigital “working” two‐electrode micro‐supercapacitor array (W‐Cap) is paired with a third “gate” electrode that reversibly depletes/injects electrolyte ions into the system controlling the “working” capacity effectively is described. All three electrodes are based on precursor‐derived nanoporous carbons with well‐defined specific surface area (735 m² g^?1). The interdigitated architecture of the W‐Cap is precisely manufactured using 3D printing. The W‐Cap operating with a proton conducting PVA/H₂SO₄‐hydrogel electrolyte and high capacitance (6.9 mF cm^?2) can be repeatedly switched “on” and “off”. By applying a low DC bias potential (?0.5 V) at the gate electrode, the AC electroadsorption in the coupled interdigital nanoporous carbon electrodes of the W‐Cap is effectively suppressed leading to a stark capacity drop by two orders of magnitude from an “on” to an “off” state. The switchable micro‐supercapacitor is the first of its kind. This general concept is suitable for implementing a broad range of nanoporous materials and advanced electrolytes expanding its functions and applications in future. The integration of intelligent functions into EDLC devices has extensive implications for diverse areas such as capacitive energy management, microelectronics, iontronics, and neuromodulation.     

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。     

有机双电层电容器用活性炭电极的修饰

利用石墨、炭黑、碳纳米管三种导电碳材料,对高比表面积活性炭进行掺杂修饰,制备有机电解液双电层电容器用薄膜电极。经电化学测试发现,在 1 mol/L 的 LiPF6/EC-DEC(体积比 1∶1)溶液中,经不同导电材料修饰后的活性炭电极,其单电极比容量和大电流充放电性能均有较大改善。其中,掺杂 10%(质量分数)碳纳米管的活性炭电极,在 330 mA/g 电流密度下的单电极比容量可达 81 F/g,比未掺杂活性炭电极 60 F/g 的比容量提高了 35%;电流密度从 60 mA/g 增至 330 mA/g,该电极的容量保持率为 79.4%。     

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。     

金属氧化物改性炭电极及EDLC性能研究

将市售活性炭用Ni(NO3)2及Co(NO3)2溶液浸渍后进行高温热解处理。采用BET、循环伏安、恒流充放电等测试手段,研究改性活性炭电极构成的双电层电容器(EDLC)性能。结果表明,由Ni(NO3)2及Co(NO3)2热解产生的NiO、CoO有显著的准电容效应,与活性炭原有的双电层电容构成了复合电容,因而改性炭的电容量有明显提高,质量比电容分别高达246.1,198.8 F/g,比原样炭的130.1 F/g分别提高了89.2%、52.8%。     

双电层电容器电解质研究进展

双电层电容器(EDLC)的电解质对电容器的工作电压、内阻、功率特性和温度特性等具有十分重要的影响。EDLC电解质可以分为液体电解质和固体电解质。简介了EDLC电解质的特点和要求。分析了各种电解质的性能、研究了现状和发展趋势。今后很长一段时间内,EDLC电解质的发展方向是宽电位窗口、高电导率、宽使用温度范围和固体化。     

表面镀镍对活性炭织物电极材料性能的影响

选用活性炭织物ACF507,利用热喷涂技术进行表面镀镍处理,研究了处理前后炭织物的电化学性能。结果表明,镀镍后活性炭织物表面电导率提高42.53%,其作为双电层电容器电极材料在质量分数为30%KOH电解液中的Res由1.15Ω降至0.42Ω,降幅达63.5%;随电流密度增加,镀镍样品的VIR增加幅度较镀镍前降低70.6%,导电性显著提高。在不同扫描速率下,镀镍后样品循环伏安曲线均呈明显的矩形电势窗口,说明其具有良好的电容行为和双电层特征。     

Voltage Balancing of a 320-V, 12-F Electric Double-Layer Capacitor Bank Combined With a 10-kW Bidirectional Isolated DC--DC Converter

Electric double-layer capacitors (EDLCs) have attributes that feature high power density, quick charge/discharge time, long life cycle, and environmental friendliness. These attributes accord for increased appeal in employing the EDLCs as energy-storage devices in renewable energy systems, industrial applications, and hybrid electric vehicles as compared to other mature static energy-storage devices. This paper describes the construction of a 320-V, 12-F EDLC energy-storage bank connected to a bidirectional isolated dc--dc converter. Two types of EDLC bank configurations are considered with emphasis on their voltage-balancing circuits. Subsequently, this paper proposes a voltage-balancing circuit based on a center-tapped transformer, and includes its experimental verifications. It also discusses the charge--discharge and self-starting operation of the EDLC energy-storage system. During the charge--discharge operation, a low ripple current flowing in the EDLC bank is observed, leading to a theoretical analysis. The EDLC bank is also successfully charged to its rated voltage without any external dc charging circuit.