题目超级电容器技术综述学号班级_____________学生 _______________扌旨导教师_______ 杨莺_______________________ 2014 _______ 年超级电容器技术综述摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。
超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白, 能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命, 同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。
本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。
关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。
A Review of the technology of super capacitor Abstract ：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application 。
But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually ，The super capacitor emerges with the tide of the times 。
The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise.Key Words ：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。
超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。
目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。
超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。
超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。
就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。
1 超级电容器概述1.1超级电容器的定义及特点超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件, 兼具两者的优点, 如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电, 并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性. 它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科, 成为交叉学科研究的热点之一. 作为一种绿色环保、性能优异的新型储能器件, 超级电容器在众多的领域有广泛的应用, 包括国防、军工,以及电动汽车、电脑、移动通信等民用领域, 因而受到了世界各国, 尤其是发达国家的高度重视。
[1]表1 为各钟元件储能性能：[2]表1 各储能系统的性能比较1.2超级电容器的历史发展双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的. 1879 年Hemlholz 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;1962 年标准石油公司生产了一种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.1979 年NEC公司开始生产超级电容器，开始了电化学电容器的大规商业应用；在超级电容器的产业化上，最早1980年NEC /Tokin与1987年松下三菱的产品.到20世纪90年代，Econd和EL IT推岀了适合于大功率启动动力场合的电化学电容器. 如今, Panasonic 、NEC、EPCOS、Maxwell 、Powerstor 、Evans,SAFT, NESS 等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃. [3]目前美国、日本、俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电容器市场，各个国家的超级电容量器产品在功率、容量、价格等方面都自己的特点和优势. 与国外相比, 我国超级电容器的研究起步晚, 目前国内研制超级电容器企业有天津力神公司、上海奥威科技开发有限公司、北京集星联合电子科技有限公司等. 国内研发和生产的超级电容器主要用于民用，如各种动交通工具的辅助电源、UPS系统、电磁开关.天津力神公司与美国Maxwell 公司合作, 产品性能达到国内领先; 上海奥威科技开发有限公司以开发超级电容器电动汽车为研发目标, 并将上海11 路公共汽车定为超级电容电动车的示范线, 开始了商业化运营, 北京集星联合电子产品主要以卷绕型活性炭纤维布作电极, 生产高电压和高容量的有机超级电容器. [4]这一产品不断地得到市场的认知, 市场的拓展也在成几何倍数增长。
2.超级电容器的电极材料2.1 超级电容器的电极材料电极材料是超级电容器的关键，它决定着超级电容器的主要性能指标. [5]科学家们对各种具有特定属性的材料已进行了研究，探讨超级电容器的潜力和适用性先进的超级电容器具有高容量的性能，如碳基材料、过渡金属氧化物和导电聚合物。
[6]多孔炭材料比电容高，循环寿命长，且资源丰富、结构多样、成本适中，是超级电容器领域最为活跃的研究方向. 如表2。
表2 各种炭材料和期前驱的关系[10]a 活性炭( AC)通过不同工艺炭化、 活化制备的AC 有很高的比表面积（1000〜3000 m /g ），高的孔隙率，生产工 艺简单且价格低廉，一直受到人们的青睐，是目前已经商品化的电极材料之一。
b 活性炭纤维（ ACF ）活性炭纤维（ACF ）是性能优于活性炭的高效活 性吸附材料和环保工程材料，高比表面积的活性炭 纤维布是已商品化的电极材料之一。
ACF 的制备一般是将有机前驱体纤维在低温 （200〜400 C ）下进行稳 定化处理， 随后进行炭化活化 （700〜1000 C ）。
ACF 具有比表面积高、孔径分布窄、导电性好及比电 容高的特点。
如图 1.（ a ） （ b ）图1 ACF 的N 2吸脱附等温线（a ）和孔径分布曲线（b ） [5]C 碳纳米管（ CNTs ）碳纳米管（CNTs ）由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优点，是很有前景的超 级电容器电极材料。
d 炭气凝胶（ CAGs ）炭气凝胶（CAGS 是唯一具有导电性的气凝胶,具有导电性好、比表面积大、密度变化范围广等特 点， 且轻质、多孔、非晶态、块体纳米炭材料，其连续的三维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。
它的孔隙 大很多。
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 高度可逆的化学吸脱附或氧化还原反应。
因为在金属氧化物电极上发生快速可逆的电极反应 , 而且该电 极反应能深入到电极内部 , 因此能量 存储于三维空间中 , 提高了能量密度。
[9]举例：以 RuO 2 为电极 , 以硫酸为电解液 , 其电化学过程可表示如公式 1. [7]2.1.3 导电聚合物电极材料以导电聚合物作为超级电容器的电极材料 , 主要是利用其掺杂去掺杂电荷的能力。
其贮能机理是 : 通 过电极上聚合物中发生快速可逆的 n 型、 p 型元素掺杂和去掺杂氧化还原反应 , 使聚合物达到很 高的贮存 电荷密度 , 从而产生很高的法拉第准电容。
[10]2.2 超级电容器的电极材料展望 超级电容器是继锂离子电池之后又一极具广泛应用潜力的新型储能器件，具有广阔的应用前景和巨大 的经济价值。
电极材料是制约超级电容器发展的关键因素之一。
对当前单一电极材料存在诸如多孔炭材料能量密度及功率密度低、贵金属氧化物价格高、导电聚合物稳定 性差等不足之处，大力开发复合电极材料（如多孔炭／金属氧化物复合材料、多孔炭／导电聚合物复合材 料等）已成为超级电容器电极材料领域的研究重点。
复合电极材料的研发不仅能够实现材料性能和成本的率高达 80%〜 98％，典型的孔隙尺寸小于 50 nm 1100 m2/g ，是制备双电层电容器理想的电极材料金属氧化物电极在超级电容器中产生的法拉第，网络胶体颗粒直径 3〜20 nm ，比表面积高达 600[8] 准电容 （ 赝电容 ） 比碳材料电极表面的双电层电容要 电活性物质进行欠电位沉积 , 发生合理平衡，而且有利于改善超级电容器的综合性能，加快其工业化应用进程。
[11]3. 超级电容器的储能机理如今，超级电容器储存的能量在运输系统中被使用。