年10月所发明；在1746年1月时，荷兰物理学家彼得·范·穆森布罗克 1957年，Becker第一个超电容专利，美国（活性碳材料） 1962年，标准石油公司（SOHIO）第一个商业超电容（活性碳 材料）；之后技术转让日本NEC公司。同期日本Panasonic公司 加入超电容的生产研发。 1990年，Giner公司推出了贵金属氧化物（RuO2）为电极材料 的膺电容超级电容器 1995年提出了把双电层电极和法拉第反应电极结合起来构成混 合电容器的概念。 美国、日本和欧共体分别于1992年、1993年和1996年制定了超 级电容器的研究计划。我国于2001年制定了电动汽车重大专项超 级电容器课题
可达500000次，或 90000小时，而蓄电池 的充放电寿命很难超过 3000次
快速充电
可以数十秒 到数分钟内 快速充电
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5
（-40+70℃）
超级电容器应用领域
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超级电容器与锂离子电池对比
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1. 超低串联等效电阻； 2. 功率密度较电池高， 功率密度是锂离子电池 的数十倍以上； 3. 循环寿命：50万次 4.大电流放电：一枚4.7F 电容能释放瞬间电流 18A以上 5. 工作范围广： -40℃～ +70℃
超级电容器基础
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目录
一、 超级电容器现状 简史、概念、特点、分类、工作 原理、电极材料、材料制备、电极 设计策略等 二、 超级电容器存在问题和发展趋势
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夏新辉
浙江大学材料学院
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超级电容器发展简史
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超级电容器发展简史
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物理电容器：克拉斯特主教（Ewald Georg von Kleist）在1745
North America 24 %
按正负极材料是否相同可分为： 正负极一样 1 对称性超电容（Symmetric supercapacitor)
2 非对称性超电容（Asymmetric supercapacitor)
按充放电反应过程可分为：
上海奥威、天津力神、 中车、北京合众 (most in Japan and China) Asia, 61% NEC、Panasonic Supercapacitors will drive $3.5 billion in energy storage revenues in 2020, accounting for 5% of the energy storage market in 2020 (fromMarket Research Media Ltd. )
Inject electrolyte and sealing Activation and Capacitance selection Insole channeling and backing weld Current collector welding Continuous rolling Electrodes Preparation
正负极不一样
1 双电层型超电容(EDLCs supercapacitors) 2 赝电容超电容(Pseudo-capacitors) 3 混合型超电容(Hybrid supercapacitors)
12
1.3 超级电容器的分类
EDLC （双电层电容）
Carbon Electrodes Electrolyte Electrolyte ions Electric double layer
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其储能过程是物理过程， ZJU 1.4 超级电容器工作原理 没有化学反应，且过程完
Pseudocapacitor 赝电容
双电层电容原理
全可逆，这与蓄电池电化 学储能过程不同。
由于正负离子在固体电极与电解液之间的表面上分别吸附, 造成两固体电极之间的电势差,从而实现能量的存储。 充电时 ,在固体电极上电荷引力 的作用下 ,电解液中阴阳离子分 别聚集两个固体电极的表面 ;
充电时间 放电时间比能Wh/kg 循环寿命
比功率W/kg < 300 充放电效率
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超电容的简易市场分析
Others, 9%
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超级电容器的分类
ZJU
Powerstor、Maxwell、 Los Alamos National Lab
Europe, 6%
Manufacturers location
这种储能原理允许大电流快速充放电,其容量大小随所选电极材料的有效比表 面积的增大而增大。
放电时 ,阴阳离子离开固体电 极的表面 ,返回电解液本体。
• • • • •
离子吸附储能能量 采用碳基材料 高功率密度 低比电容量(300 F/g) 高寿命，最高可达106次
超级电容器：
超级电容器概述
1.1 什么是超级电容器？
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超级电容器的特点
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商用超级电容器采用活性 炭粉与活性炭纤维作为电 极材料，电容量250 F/g以 内
超级电容(supercapacitor)，是相对于传统电容器而言 具有更高容量的一种电容器。一般通过极化电解质（建 立双电层电荷或表层法拉第反应）来存储能量。
超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有 电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。
超级电容器的八大特点
电容较大
可任意并联 增加电容量 等效串联电阻 ESR相对常规 电容器大 10F/2.5V的ESR 绿色环保 为110mΩ
工作温度范 围宽
充放电寿 大放电电流 命很长 10 kW/kg 大电流放电
1. 串联电阻较高； 2. 功率密度较低； 3. 循环寿命约为1000 次 4. 充放电效率较低： 一般为几个小时； 5. 一般电池是-20℃ ～60℃
航空、交通运输、移动通讯
超级电容器
锂离子电池
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超级电容器与锂离子电池、物理电容对比
性 能
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超电容的工艺流程
Slurry Stirring Continuous coating Continuous Pressing
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锂离子电池 超级电容器 普通电容器 1-5小时 0.3-3小时 30- 40 3000 0.85-0.98 0.3-若干秒 0.3-若干秒 1- 20 >100000 >5000 0.85-0.98 10-3—10-6秒 10-3—10-6秒 <0.1 >1000000 <100000 >0.95