超級電容
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-09-06
超級電容的實(shí)例教程
當(dāng)我們關(guān)注能源和能量存儲(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)電容器是該領(lǐng)域的"無名英雄"。作為無源器件，電容器有兩個(gè)端子，可存儲(chǔ)能量并在需要時(shí)釋放能量—常常用來作為"備用"電源。在日常生活中，電容器的用途比我們想象的還要廣。例如，電容器可以用到鬧鐘等簡單日常用品，我們還可以常備一個(gè)荷電電容器，以便在斷電時(shí)應(yīng)急使用。
還是拿鬧鐘舉例，如果電源斷開，電容器就會(huì)放電--向時(shí)鐘電路輸送電流，以確保其繼續(xù)運(yùn)行。隨著電容器的應(yīng)用越來越廣，新型電容器正在不斷進(jìn)入市場，超級電容器(又稱雙電層電容器，EDLC)現(xiàn)在也被更大規(guī)模的使用。新能源汽車，諸如純電動(dòng)車、混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)巴士等都依賴于超級電容，因?yàn)樗鼈兙哂斜葮?biāo)準(zhǔn)電容器大得多的電荷存儲(chǔ)空間，此外一些大功率和再生能源應(yīng)用領(lǐng)域也在利用超級電容技術(shù)。其他應(yīng)用領(lǐng)域包括國防、能源、航空航天以及各種工業(yè)應(yīng)用。
電容器和超級電容器的用途
汽車領(lǐng)域是電容器和超級電容器的關(guān)鍵市場，汽車的許多功能為電容器提供用武之地。
啟動(dòng)/停止功能和動(dòng)力轉(zhuǎn)向需要電容器，混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)需要超級電容器具有更大的功率容量。隨著電動(dòng)汽車不斷發(fā)展并進(jìn)入主流汽車市場，對電容的需求將進(jìn)一步增加。未來技術(shù)進(jìn)步有可能使超級電容器取代鋰離子電池作為動(dòng)力源，并提供與汽油車甚至柴油動(dòng)力汽車相當(dāng)?shù)男旭偫锍獭?鐵路行業(yè)也開始充分挖掘超級電容器技術(shù)的應(yīng)用潛力。比如由西班牙薩拉戈薩市的鐵路公司CAF制造的Urbos 3有軌電車，其使用一系列超級電容器，這些超級電容器位于車廂上部，用于回收剎車能量--可節(jié)省35%的電力。超級電容器可在電車停靠站充電而不需要架空電纜，也可在某些停靠站之間運(yùn)行而無需使用電纜連接。
在再生能源領(lǐng)域，超級電容器在風(fēng)力渦輪機(jī)等應(yīng)用中具有重要地位。
展開 【圖文導(dǎo)讀】
圖1 可拉伸集成系統(tǒng)
（a）可拉伸集成系統(tǒng)制備示意圖；
（b）可拉伸微型超級電容器200%應(yīng)變下的實(shí)物圖；
（c）可拉伸微型超級電容器無應(yīng)變下的實(shí)物圖；
（d）無應(yīng)變下， PDMS基底上褶皺SWCNT膜微電極SEM圖；
（e）不同應(yīng)變下，褶皺SWCNT膜微電極、平整SWCNT膜微電極、PDMS基底上TiO2納米顆粒負(fù)載的SWCNT褶皺復(fù)合膜微電極的歸一化電阻。
圖2 可拉伸微型超級電容器電化學(xué)性能
（a）不同掃速下，可拉伸超級電容器的CV曲線；
（b）無應(yīng)變與200%應(yīng)變情況下，微型超級電容器放電電流密度與掃速的關(guān)系圖；
（c）無應(yīng)變、100%應(yīng)變、200%應(yīng)變下，可拉伸微型超級電容器10 V s-1下的CV曲線；
（d）可拉伸微型超級電容器不同應(yīng)變下的比電容；
（e）可拉伸微型超級電容器不同應(yīng)變下的Nyquist阻抗曲線；
（f）可拉伸微型超級電容器不同應(yīng)變下相角相對于頻率關(guān)系圖。
圖3 微型超級電容器集成系統(tǒng)性能
（a）單個(gè)微型超級電容器與四個(gè)微型超級電容器集成器件在10 V s-1下的CV曲線（插圖為器件結(jié)構(gòu)示意圖）；
（b）單個(gè)微型超級電容器與四個(gè)微型超級電容器集成器件在1.5 μA cm-2 下的恒電流充放電曲線；
（c）不同應(yīng)變下，微型超級電容器集成器件的比電容；
（d）相角相對于頻率關(guān)系圖。
圖4 紫外探測可拉伸微型超級電容器集成系統(tǒng)性能
（a）可拉伸集成系統(tǒng)實(shí)物圖片；
（b）不同應(yīng)變下，集成系統(tǒng)作為光電探測器的光電流響應(yīng)曲線；
（c）不同應(yīng)變下，集成系統(tǒng)的靈敏度與比電容；
（d）光電探測原理圖；
（e）循環(huán)拉伸100次前后，集成系統(tǒng)光電響應(yīng)圖；
（f）不同拉伸次數(shù)時(shí)，集成系統(tǒng)的靈敏度和比電容。
展開 圖
3
基于抗凍P（AMPS
0.3
-co-AAM
0.4
）水凝膠的超級電容器在室溫下的電化學(xué)性能。（a和b）基于抗凍水凝膠的超級電容器在室溫下的CV和GCD曲線。（c）不同電流密度下的超級電容器的電容。（d）在不同的柔性條件下超級電容器的各種機(jī)械變形的數(shù)字圖像。（e）在不同彎曲角度下超級電容器的電容保持率。（f）5000次彎曲后超級電容器的電容保持率。裝置在不同彎曲時(shí)間下的插入GCD曲線。
圖
4
使用P（AMPS
0.3
-co-AAM
0.4
）水凝膠的CNT/PANI電極型超級電容器的寬溫度范圍操作特性。（a）低溫和高溫下超級電容器的示意圖。（b）在不同的工作溫度下，器件在3.33 mA cm
-2
下的GCD曲線。（c）在不同工作溫度下超級電容器的比電容。（d）超級電容器在不同工作溫度下的電化學(xué)阻抗譜圖（10
?
2
至10
5
Hz）。（e）在很寬的溫度范圍內(nèi)循環(huán)測試超級電容器的比電容。（f）溫度超級電容器與之前報(bào)道的其他電容器的電容保持率的比較。
圖
5
（a和b）基于串聯(lián)的抗凍P（AMPS
0.3
-co-AAM
0.4
）的三種抗凍超級電容器的GCD和CV曲線。（c）演示了三個(gè)串聯(lián)的防凍超級電容器，這些超級電容器在置于室溫，密封在
?
23.5°C并浸入84.7°C的油浴中時(shí)為LED燈泡供電。左側(cè)的光學(xué)照片表示在平坦?fàn)顟B(tài)下對設(shè)備進(jìn)行了測試。（d）演示設(shè)備在25°C，-19°C和97.4°C的螺旋狀態(tài)下工作（如左圖所示）。
參考文獻(xiàn)
：
doi.org/10.1039/D1TA02397G
版權(quán)聲明：
「高分子材料科學(xué)
」公眾號旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。上述僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
展開 【簡介】
超級電容器一般分為雙電層電容器（EDLC）和贗電容超級電容器。其中，EDLC主要通過電極表面和電解液離子之間的物理吸附，在電極/溶液界面處形成雙電層來儲(chǔ)存能量；贗電容則主要來源于電極表面和近表面的可逆法拉第反應(yīng)。相比于電池，超級電容器的能量密度較低，但一般具有更高的功率密度，更長的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的倍率性能。在此基礎(chǔ)上，柔性超級電容器還要滿足在折疊、拉伸、壓縮等條件下的儲(chǔ)能需求。碳納米管和石墨烯材料已經(jīng)在催化、電池等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應(yīng)用。得益于大的比表面積，高導(dǎo)電性以及穩(wěn)定的化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，碳納米管和石墨烯在制備柔性超級電容器方面同樣極具潛力。
【柔性電容器的評價(jià)方法】
比容量，能量密度和功率密度是評價(jià)超級電容器的主要指標(biāo)。三電極體系和兩電極體系被廣泛用于評價(jià)超級電容器的性能。但是，兩者具有較大的差異。例如，三電極體系多用于研究活性材料本身的基本電化學(xué)性質(zhì)和電容行為，而兩電極體系則更接近于實(shí)際應(yīng)用時(shí)超級電容器的構(gòu)造。因此，當(dāng)評價(jià)超級電容器整體器件性能時(shí)更適合使用兩電極體系進(jìn)行評價(jià)。超級電容器的電化學(xué)性能表征技術(shù)主要通過循環(huán)伏安法和恒流充放電法測試。但是，對于柔韌性能的測試目前還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，多通過在折疊、拉伸、壓縮和扭曲狀態(tài)下對器件的電化學(xué)性能進(jìn)行測試，來驗(yàn)證柔性電容器是否可以在形變條件下正常工作，依此來評價(jià)電容器的柔性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
【基于碳納米管材料的柔性超級電容器】
單根碳納米管的性質(zhì)受直徑、手性及包角的影響巨大，實(shí)際應(yīng)用中碳納米管多以薄膜、陣列以及交聯(lián)三維結(jié)構(gòu)形式存在。
基于碳納米管薄膜的柔性超級電容器
在適當(dāng)條件下，碳納米管之間會(huì)互相交織形成具有均勻電學(xué)性質(zhì)的薄膜。化學(xué)氣相沉積、真空抽濾、界面反應(yīng)以及打印等技術(shù)都被用來合成適用于柔性電容器的碳納米管薄膜。這些薄膜還可以作為進(jìn)一步負(fù)載其他材料的柔性基底。
展開 【圖文導(dǎo)讀】
1、超級電容器的歷史發(fā)展歷程
超級電容器的歷史發(fā)展歷程示意圖
2.超級電容器的基礎(chǔ)知識
2.1超級電容器的背景及其與電池的區(qū)別
超級電容器分類圖
典型超級電容器和典型電池的電化學(xué)行為對比：（a, b）循環(huán)伏安曲線；（c, d）恒電流充放電曲線。（ESR：等效串聯(lián)電阻）
將超級電容器與電池區(qū)分開來的一個(gè)主要電化學(xué)特征是：超級電容器在恒電流充電時(shí)電壓總是存在線性增加（或放電時(shí)減小），電荷存儲(chǔ)（釋放）自超級電容器電極。在電勢掃描中，超級電容器通常顯示出與電勢無關(guān)的電容。因此，超級電容器的CV曲線應(yīng)保持矩形，而在充電/放電過程中電流幾乎恒定。另一方面，電池顯示突出和分離的峰值，具有顯著的法拉第反應(yīng)。超級電容器的恒電流充放電（GCD）曲線呈現(xiàn)具有恒定斜率值的傾斜形狀。相比之下，電池通常在恒定電壓階段表現(xiàn)出相對平坦的充電/放電平臺(tái)。同時(shí)，對于需要恒定輸出電壓的應(yīng)用，超級電容器需要與DC-DC轉(zhuǎn)換器集成，以調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓。
展開 
超級電容的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
超級電容的最新內(nèi)容
參展范圍
活性炭：凈水活性炭、氣體/空氣凈化炭、氣體分離炭、黃金提取活性炭、試劑活性炭、觸媒載體活性炭、糖用脫色活性炭、酒類專用活性炭、味精脫色活性炭、針劑活性炭、工業(yè)用活性炭、藥用活性炭、血液凈化活性炭、香煙濾嘴活性炭、汽車專用炭、超級電容活性炭、椰殼炭化料、棕櫚殼炭化料、活性炭布纖、活性炭工藝品等；
活性炭生產(chǎn)設(shè)備
活性炭磨機(jī)、活性炭整形機(jī)、活性炭球磨機(jī)、活性炭磨粉機(jī)器、活性炭研磨設(shè)備
█展品范圍：
工業(yè)鉆石、超硬材料及制品展區(qū)
1、工業(yè)鉆石應(yīng)用端：培育鉆石、金剛石晶體、金剛石復(fù)合材料、金剛石微粉及磨料、金剛線、金剛石薄膜和厚膜 /DLC 涂層、氧化鋁、石墨負(fù)極材料、硅碳負(fù)極、碳納米管、碳納米管纖維、碳纖維及碳纖維復(fù)合材料、炭/炭復(fù)合材料、活性炭、超級電容炭、多孔碳、碳?xì)饽z、碳分子篩、碳化硅半導(dǎo)體材料、富勒烯、立方氮化硼及其微粉、PDC、PCD、PCBN、CVD 金剛石、
通過智能定位系統(tǒng)動(dòng)態(tài)匹配供電線圈，支持多機(jī)器人并行充電，并兼容鋰電池、超級電容等多元儲(chǔ)能設(shè)備。魯渝能源以十年技術(shù)積淀，為電網(wǎng)、石化、礦山等領(lǐng)域提供“全天候免干預(yù)”的無線充電基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)巡檢智能化邊界向無人化縱深演進(jìn)。
它不僅是技術(shù)的升級，更是電力巡檢向深層次無人化、智能化、高可靠性邁進(jìn)的基石。
這對于設(shè)計(jì)高性能電池、超級電容器等能量存儲(chǔ)設(shè)備至關(guān)重要。本案例中建立球形多孔結(jié)構(gòu)（或顆粒夾雜）模型，并通過COMSOL研究在包含非導(dǎo)電顆粒夾雜的電解質(zhì)中電流分布情況。
PCS儲(chǔ)能逆變器、溫控系統(tǒng)、儲(chǔ)能集裝箱、消防系統(tǒng)；
動(dòng)力電池與儲(chǔ)能：儲(chǔ)能電池、動(dòng)力電池及電池管理系統(tǒng)、各類型鋰離子電池、聚合物鋰電池、動(dòng)力電池、氫能與燃料電池、蓄電池、超級電容器、清潔能源、石墨烯產(chǎn)業(yè)、儲(chǔ)能技術(shù)、物理儲(chǔ)能、發(fā)電/電力儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、分布式能源、電解液、鋰電儲(chǔ)能、太陽能（光伏、光熱）發(fā)電、儲(chǔ)能技術(shù)等。
（組委會(huì)）陸亮（組委會(huì)）138（組委會(huì)）1821（組委會(huì)）9172（組委會(huì)）
展品范圍：
1.核心基礎(chǔ)元器件：微型片式阻容元件、微型大電流電感器、微型射頻濾波器、微型傳感器、車規(guī)級傳感器、高端鋰電、變壓器、微特電機(jī)、射頻阻容元件、超級電容器、控制繼電器、中高頻元器件、特種PCB、伺服電機(jī)、高速傳輸線纜及連接組件、光通信器件等；
2.集成電路：電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、MCU、DSP、FPGA、第三代半導(dǎo)體
二、物理電池：
顧名思義，就是依靠物理變化來提供、儲(chǔ)存電能的電池統(tǒng)稱，如超級電容、
飛輪電池等都屬于物理電池的家族成員。飛輪電池是上世紀(jì) 90 年代提出的一種
新概念電池，也屬于物理電池的一種。簡單來說就是利用類似飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生能
量的原理來實(shí)現(xiàn)自身充放電的。不過飛輪電池僅作輔助能源使用，其功能類似于
我們常見的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。
重要信息
會(huì)議官網(wǎng)：http://www.cergd.com
會(huì)議地點(diǎn)：青島
接受/拒稿通知：投稿后1周內(nèi)
收錄檢索：EI Compendex，Scopus,CPCI,CNKI
征稿主題
電極材料的創(chuàng)新
鋰電池技術(shù)進(jìn)展
燃料電池應(yīng)用探索
電化學(xué)儲(chǔ)能研究
電解水技術(shù)的突破
太陽能電池的研究與發(fā)展
增強(qiáng)的電催化性能
電化學(xué)傳感技術(shù)
超級電容器的發(fā)展
主題包括但不限于：
可持續(xù)材料和技術(shù)
節(jié)能減排材料
環(huán)境修復(fù)和污染控制材料
化石資源的新型環(huán)保替代材料
應(yīng)用于環(huán)境問題的光催化材料
環(huán)境材料的遷移和轉(zhuǎn)化
碳捕獲、儲(chǔ)存和利用材料
用于電池、燃料電池或超級電容器的材料
其中，可拉伸氣凝膠和泡沫尤其具有吸引力，因?yàn)樗鼈冊谌嵝詰?yīng)變/壓力傳感器、可拉伸導(dǎo)體、柔性電池、柔性超級電容器、可拉伸電磁干擾(EMI)屏蔽材料、可拉伸熱管理材料等方面具有潛在的應(yīng)用前景。雖然可壓縮和可彎曲氣凝膠和泡沫已經(jīng)被廣泛研究和報(bào)道，但關(guān)于可拉伸氣凝膠和泡沫的報(bào)道卻少得多。許多特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞和層狀結(jié)構(gòu)，可以賦予多孔材料高壓縮性和彈性。
