超级电容器介绍

第一篇：超级电容器介绍

超级电容器/法拉电容介绍五

超级电容器类型简介

超级电容器的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品，以下作简单介绍。

按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器：

双电层型超级电容器，包括

1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。

2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。

3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。

4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。

以上电极材料可以制成：

1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。

2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。

赝电容型超级电容器：

包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。这一类型超级电容器具有非常高的能量密度，目前除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。

按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：

水性电解质，包括以下几类

1.酸性电解质，多采用36％的H2SO4水溶液作为电解质。

2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂。

3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。

有机电解质

通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。

另外还可以分为：

1.液体电解质超级电容器，多数超级电容器电解质均为液态。

2.固体电解质超级电容器，随着锂离子电池固态电解液的发展，应用于超级电容器的电解质也对凝胶电解质和PEO等固体电解质进行研究。

超级电容器应用简介

超级电容器的应用范围极为广泛，小到存储器的备用电源、电动玩具的电源，大到航天导弹发射的大功率启动系统、电动汽车的能量功率系统等一切与能量功率相关的仪器设备系统均有超级电容器的身影。

超级电容器在军用、民用领域均有广泛的应用前景。小电流放电的双电层电容器可用作微机等的备用电源或小型装置如玩具、打印机、报警器、信号灯等的一次电源；安培级大电流放电双电层电容器可单独或与蓄电池一起构成电源系统，既可作为起动电源也可作为小型负载的驱动电源，如用于坦克、飞机、火箭、导弹等作为起动电源；人造卫星、宇宙飞船空间站、潜艇水下推进，尤其是在电动车辆方面的应用越来越多；利用其良好充放电性能可作为快速充电简易电源；利用其输入小电流输出大电流可作为充放电周期循环的电源；因其容量大，还可用于微分和积分电路、简易计时电路、超低频信号处理电路等。随着电极材料的改进和电解质的合理选用，双电层电容器的功率密度和能量密度逐步向理论值靠近，其应用前景更为广阔。

超级电容器最近的研究目标之一是单独用双电层电容器或将其与蓄电池联用，作为电动汽车和混合动力汽车的动力电源。上千法拉级的双电层电容器用作电动汽车的短时驱动电源，可以在汽车启动和爬坡时快速提供大电流从而获得大功率以提供强大的动力；在正常行驶时由蓄电池快速充电；在刹车时快速存储发电机产生的瞬时大电流，回收能量。这可以减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制，极大的延长蓄电池的循环使用寿命，提高电动汽车的实用性。目前日本富士重工推出的电动汽车已经使用日立机电制作的锂离子蓄电池和松下电器制作的储

能电容器的联用装置；日本本田公司更是将双电层电容器与汽油机相结合，研制出一种综合电动机助力器系统，使内燃机主要工作在最佳工况点附近，大大降低内燃机的排放，并可回收制动能量，通过装在小客车上极大的降低汽油机燃油消耗量成为低排放的节能汽车；日本丰田公司研制的混合电动汽车，其排放与传统汽油机车相比CO2下降50％，HC、CO和NOx排放降低90％，燃油节省一半。

目前，电动助力车市场正在大力扩展，其电源与电动汽车相似，蓄电池由于其充放电电流要求苛刻，能量难以进行瞬时回收，同时其功率性能不佳也直接影响其应用，而超级电容器非常容易满足这些要求，采用超级电容器在其起动、加速与爬坡时对系统进行能源补充，并在刹车时完全回收能量，提高系统性能。在风力发电或太阳能发电系统中，由于风力与太阳能的不稳定性，会引起蓄电池反复频繁充电，结果大大缩短电池寿命，利用双电层电容器吸收或补充电能的波动，可以轻易解决这一问题。此外，在有瞬间强负载系统中，利用双电层电容器可以起到稳定系统电压，减少系统电源容量配制的作用。

超级电容器在有些场合可以替代电池工作，同时，可以避免由于瞬间负载变化而产生的误操作。在便携式仪器仪表中驱动微电机、继电器、电磁阀等，在一些带有机械动作功能的电话中，由于电话网的电流较小，不可能实现动作功能，因此要有一个电源对这一动作进行支持，电池也是一种选择，由于存在更换及维修的问题，超级电容器显示出优越性。

超级电容器还可用于对照相机闪光灯进行供电，可以使闪光灯达到连续使用的性能，从而提高照相机连续拍摄的能力；另外，德国Epcos公司还用该器件对相机快门进行控制。机动无线通讯设备往往采用脉冲的方式保持联络，由于双电层电容器的瞬时充放电能力强，可以提供的功率大，在这一领域的应用也非常广阔。

大容量超级电容器的另一个重要应用在电力系统上，运用超级电容器进行重要系统的瞬态稳压稳流，特别是在大功率系统上，几乎是不可替代的器件。在这方面，据华北电力大学电能质量所的调查，在众多大型石化、电子、纺织等企业，各企业每年因电力波动的损失可能高达上千万；另外，芯片企业在选址时考虑电力的波动也是一个非常重要的环节，而超级电容器系统则可以完全解决这个问题。

另外，随着电子与能源工业的发展，超级电容器在短时UPS系统、太阳能电源系统、汽车防盗系统等免维护系统上具有不可替代的作用，在一些电磁操作机构电源、汽车音响系统等领域均具有非常广泛的应用。

第二篇：金属氧化物超级电容器简介

金属氧化物超级电容器简介

超级电容器，是一种介于普通静电电容器与二次电池之间的新型储能元件。由于它具有比功率高、比容量大、成本低、循环寿命长、无记忆、充放电效率高，不需要维护和保养等优点，因此在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有广阔的应用前景。世界各国都给予了高度重视，并将其作为重点开发项目和战略研究进行研发。超级电容器储能机理

超级电容器按原理可分为双电层电容器和赝电容电容器。作为第一类导体的电极与第二类导体的电解质溶液接触时，充电时则在电极/溶液界面发生电子和离子或偶极子的定向排列，形成双电层电容。双电层电容器的电极通常为具有高比表面积的多孔炭材料，目前常用的炭材料有:活性炭粉末、活性炭纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、网络结构炭以及某些有机物的炭化产物。

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。赝电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下，赝电容可以是双电层电容量的10～100倍。

—1—

金属氧化物超电容电极材料最新进展

对电极材料研究主要集中在各种活性炭材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料等。其中活性炭电极材料以产生的双电层为主，金属氧化物材料与导电聚合物材料以产生的赝电容为主，下面就介绍赝电容电极材料的研究进展情况。由于RuO2等活性物质在电极/溶液界面法拉第反应所产生的“准电容”要远大于活性炭材料表面的双层电容，有着广阔的研究前景，已经引起了不少研究者的重视。

1、超细微RuO2电极活性物质的制备与研究

超细微RuO2电极活性物质以其优异的催化活性已经在卤碱工业中得到了广泛的应用，但利用其不同寻常的比容量作为电化学电容的活性物质仅仅是近几年的事情。T.R.JOW对这一活性物质进行了系统的研究，他们使用溶胶凝胶方法制备了超细微RuO2颗粒，在175℃加热若干时间，然后制备成为电极进行测试，此种RuO2电极活性物质具有优异的大电流充放电性能，其单电极比容量高达760F/g。JOW认为制备含水的无定型的RuO2氧化物是加大材料电容量的关键，反应仅仅发生在氧化物电极表层。活性材料中加入大面积导电性碳黑后使材料的大电流放电性能有所改善，功率密度达到100KW/Kg。JOW制备的活性电极可在－52℃～73℃的范围之内连续充放电60，000次以上。JOW等人给出的解释是RuO2⋅xH2O由于是无定型态，电解液容易进入电极材料，由它作电极时，是材料整体参加反应，即材料的利

—2—

用率可达到100%；而RuO2作电极材料时，由于是晶体结构，电解液不易进入电极材料内部，只在材料的表面发生反应。所以虽然RuO2的比表面积大，但实际比容量却比RuO2⋅xH2O小得多（RuO2⋅xH2O法拉第理论容量，900F/g）。由此可见，无定型态结构比晶体结构更适合作超电容电极材料。RuO2电极活性物质在电容量方面的性能是其他的物质所不能比拟的，但由于该种活性物质高昂的价格，大规模的工业化生产尚不现实，因此，人们在寻找各种方法减少RuO2的用量。

纳米RuO2电极活性材料以其不同寻常的比容量而成为研究的热点,研究工作主要集中在运用不同的方法制备活性极高的电极材料。Fang，等在100～200℃以钽基体热分解先驱体乙醇钌制备氧化钌膜，比电容为593F/g,表面电容为4F/㎝。超细微RuO电极活性材料的制备主要采用热分解氧化RuCl3⋅xH2O的水溶液或乙醇溶液(300～800℃)。用此法制得的无水RuO2薄膜作电极,比表面积约为120㎡/g,比容量最大可达380F/g,最大工作电压1.4V左右。用热分解氧化法制备的电极活性材料不含结晶水,属于晶体结构,仅颗粒外层Ru和H作用,因此电极比表面积的大小对电容的影响较大,所得的电极比容量比理论值小得多。

在此材料中,电极表面和体相内均能发生氧化还原反应,使RuO2⋅xH2O的全部体积均能用于电荷存储,大大提高了电极的比容量。此外在粗糙的基体材料或大比表面积的材料上沉积RuO2可获得高比表面积的涂层或粉体材料。氧化钌被认为是实现这个

—3—

目标的重要候选材料，但氧化钌用作超级电容器材料有一个致命的弱点,那就是材料的成本太高,达到了约1＄/g,而相应的碳材料只有约0.02＄/g；且金属钌对环境也有污染，所以它的使用，受到了很大的限制。

2、其他过渡金属氧化物的制备与研究

氧化锰资源广泛、价格低廉、环境友善、具有多种氧化价态，广泛地应用于电池电极材料和氧化催化剂材料上。氧化锰用作超级电容器的电极主要归结为两类，一类为制备氧化锰粉末电极，另一类为制备氧化锰薄膜电极。高比表面积二氧化锰是由Anderson等人发现的一种价格低廉且效果良好的新型电容器材料。他们分别用溶胶凝胶法和电化学沉积法来制备MnO2,通过比较发现,用溶胶凝胶法制备的MnO2的比容量比电沉积法制备的MnO2的比容量高出1/3之多,达到698F/g,且循环1500次后,容量衰减不到10%。这样高的比容量是基于法拉第准电容储能原理,MnO在充放电过程中发生了可逆的法拉第反应,而且由于用溶胶凝胶法制备的MnO2是纳米级的,具有高的比表面积,同时无定型的结构使MnO2晶格扩张,质子很容易存留在里面,而沉淀法制得的晶体结构的微米级MnO2不具有这些特点。

3、其他电极活性材料代替RuO2 RuO2活性物质成本昂贵，因此，必须寻找一种可以代替RuO2活性物质的廉价电极活性物质。这方面的研究工作虽然不少，但遗憾的是至今尚没有发现可以完全代替RuO2的新材料。

—4—

Branko.N.Popov使用醇盐水解溶胶凝胶方法制备了超细Co2O3电极活性物质，单电极的比电容达到了291F/g。另外，杂多酸类化合物是一类很大的化合物族，呈现一种立体的网络式结构且具有很大的比表面积，钼、钨两种氧化物有用作电化学电容电极活性物质的潜力，结合杂多酸类化合物的结构，磷钼杂多酸H3PMo12O14。是作为电极材料的最好选择，目前的部分工作就是围绕这类化合物进行的。使用RuO2作为电容器的另一个电极，电容器双电极比电容达到112F/g，能量密度可以达到37KJ/Kg，具有较大的应用前景。K.C.Tsai使用高温氧化法制备了一种金属钼的氮化物T-MoN。该种物质具有大的材料比表面积（700㎡/g），与RuO2电极组成电容器其双电极比电容达到了125F/g。研究者对包括相对惰性的金属氧化物V2O5，过渡贵金属氧化物IrOx在内的其他活性物质在这方面的应用也进行了实验，目前性能最好的材料仍然是T.R.JOW制备的无定型钌的氧化物。

4、导电聚合物超电容电极材料最新进展

导电聚合物是一种新型的电极材料,其最大的优点是可以通过分子设计选择相应的聚合物结构,从而进一步提高聚合物的性能,以得到符合要求的材料。有关这方面的研究也非常活跃。导电聚合物电极电化学电容器的电容主要来自法拉第准电容,其作用机理是：通过在电极上的聚合物膜中发生快速可逆的n型或p型掺杂和去掺杂氧化还原反应,使聚合物达到很高的储存电荷密度,从而产生很高的法拉第准电容来储存能量,其较高的工作电位

—5—

是源于聚合物的导带和价带之间有较宽的能隙。导电聚合物电容器可分为三类：①两极由同一种p-型掺杂导电聚合物构成,结构对称；放电过程中,去掺杂态的聚合物电极发生氧化(掺杂)反应而掺杂态的电极发生还原(去掺杂)反应,当放电至两电极都处于半掺杂态时,两极电压为零。

因为在电容器体系中,对纯度要求很高,而化学合成方法要使用较多的化学助剂,在得到产物的同时产生了较多的杂质,而且有些杂质是不容易清除的。对于各种类型的电子导聚合物都可以通过电化学方法进行聚合,使用惰性金属电极或碳纸电极作为集流体,在单体分子的水溶液或有机溶液中,以恒定的电压或电流使材料发生聚合反应,某些无法确定聚合条件的材料,可以通过线性电位扫描(循环若干次)的方法合成聚合物,当聚合体系使用有机溶液时,反应要在氩气保护的条件下完成。氧化钌的实用性研究和展望

氧化钌虽然性能优异，但其资源较为紧缺，且价格昂贵，因此各国都在寻求减低其成本的途径。归纳起来，主要工作围绕以下几个方面:（1）使用各种方法制备大面积的RuO2活性物质。（2）将RuO2电极活性物质与其他的金属氧化物混合以达到减少RuO2用量并同时提高材料容量的目的。（3）寻找其他廉价的材料代替RuO2以降低成本。

超级电容器产业在我国刚刚起步，目前比较成熟的技术局限在碳材料双电层电容器的研发和制造中，氧化钌材料氧化还原电

—6—

容器尚无生产，但碳材料的性能远不及氧化钌，只能应用在性能要求较低的民用设备上，无法满足军工和航天工业上的应用，因此目前国内的高性能电容器大部分需要进口，如果能开发出性能优良的氧化钌电容器，并以其低成本占领部分国内市场，定会降低进口产品的比例与价格，无论对国家还是社会都是很大的贡献。

—7—

第三篇：超大容量电容器(EDLC)介绍

超大容量电容器（EDLC）介绍

超大容量电容器是近年来开始被广泛关注的新型电子元器件。它不同于传统的电解电容器，它只有一个固体电极板，它是利用了液体电解液与固体电极相界面上形成的双电层来存储电荷。也就是说，电解液本身充当了另一个电极。由于液体与固体的接触界面上形成的双电层间距极其微小，所以它的等效电容量可以比普通的（双电极）电解电容器大的多，可以是法拉（F）级的静电容量，大大高于普通电解电容器的微法拉（uF）级。

如此巨大的电容量，甚至可以将这种电容器作为存储电能的“电池”使用，相对于普通的使用电化学原理构成的电池来说，这种“电池”的充电和放电过程，完全没有涉及化学的物质变化，因此也被称为“物理电池”，其最大的优点是使用寿命长，理论上可以经受无限多次的充放电循环使用，而且充电速度和能量转化效率也是普通化学电池无法相比的。

由于双电层的间距极其微小，也带来了另一个问题，就是容易被击穿，耐压很小，现在的产品，耐压一般都只有6V以下，许多产品的耐压在3V以下。因此，在应用上与普通的电解电容器或化学电池，有比较大的区别。

第四篇：电器行业：超级电容器成长空间巨大

电器行业：超级电容器成长空间巨大

2010-05-12

________________________________________

中国超级电容器产业总规模2006年-2008年分别达到3.9亿元、5.7亿元、8.6亿元和13.3亿元，年复合增长率达到了24.4%。目前超级电容器占世界能量储存装置的市场份额不足1％，在我国所占市场份额约为0.5％，超级电容器存在着巨大的市场潜力。产品具有的充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点，彰显出无可替代的优越性。由于其巨大的电容量以及快速的充放电速率，超级电容器在新能源汽车、节能设备以及智能电网领域有着非常广泛地应用。相比于国外研究超级电容器起步较早，技术相对比较成熟。许多国家均把超级电容器作为国家的重点研究和开发项目。国内起步较晚，但是在一些技术方面国内超级电容器生产商已经达到国际领先水平。目前国内主要生产经营超级电容器的公司有上海奥威科技开发有限公司、北京合众汇能科技有限公司、锦州凯美能源有限公司、哈尔滨巨容新能源有限公司等十几家公司。方正证券分析师欧阳仕华表示，超级电容器行业在我国属于新兴行业，现在处于起步阶段，未来发展空间巨大。建议关注技术壁垒比较高的上游电解液原料生产企业，如新宙邦，以及中游产业中既有技术基础，又有规模优势的电容器生产商，如法拉电子、铜峰电子等。

第五篇：超级工程介绍

超级工程介绍

英文名：Super engineering

类型：纪录片[1]

地区：大陆

语言：简体中文

别名：中国战略性新兴产业巡礼

电视台：CCTV

集数：5

《超级工程》，央视最近新推出的一部大型工程类纪录片。这也是继《舌尖上的中国》之后，央视纪录频道的又一篇巨制。我也是一名工程类纪录片的粉丝，看完完第一集后也是心潮澎湃，看完这一集，你会觉得，那些我们在工作中遇到的问题都是浮云……

《超级工程》选取了当下中国最具代表性的五个重大工程项目，每一集讲述一个工程，分别为《北京地铁网络》、《上海中心大厦》、《港珠澳大桥》、《海上巨型风机》和《超级LNG船》。涉及能源、交通、建筑各个方面。

总导演李炳透露，《超级工程》展现的绝不仅仅是中国“能造什么”，更要解读“为什么造”和“怎么造”；超级工程能给普通人的生活带来什么，甚至关于某些超级工程的争议，都是这部纪录片尝试回答和表现的内容。每个超级工程的故事中，总会有几个很“酷”的角色，大型盾构机的操作员、液化天然气船的焊接工、摩天楼顶的吊装工……“他们的形象并不完美，遭遇挫折也会抱怨，但是看着他们认真地工作，听着他们说自己的梦想，你会发现这些再普通不过的人物，正是超级工程不可缺少的建设者，是他们推动着社会的进步。”