【《超级电容器的原理及构造研究文献综述》2900字】

超级电容器的原理及构造研究文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u20952超级电容器的原理及构造研究文献综述 表11所示，超级电容器与电容器、电池的对比中有着明显的优势。表STYLEREF1\s1SEQ表\*ARABIC\s11超级电容器、电容器、电池的对比超级电容器电容器电池充电时间1-30s0.000006-0.003s1-5h放电时间1-30s0.000006-0.003s0.3-3h能量密度(Wh/kg)1-10<0.120-100功率密度（W/kg）1000-2000>1000050-200循环效率（%）0.9-0.951.00.7-0.85循环寿命（次）>100000∞500-2000超级电容器的分类基于不同的储能机理，可将超级电容器分为三类：第一类是双电层电容器，以碳基材料为电极材料，具有优良的导电性能REF_Ref20996\r\h[11]。这类电容器的储能机理是一种简单的物理储能过程，即通过静电吸附的作用使电荷重新排列在电极或者电解液界面以产生等量的有序排列的异号电荷层来达到储存电荷的目的REF_Ref21062\r\h[12]。因该过程为纯物理过程，因而在双层电容器以内并不发生氧化还原反应，其循环寿命长。第二类是赝电容电容器，又称为法拉第准电容器，其电极材料一般是过渡金属氧化物，导电聚合物等REF_Ref21143\r\h[13]。储存机制是化学反应储能过程，即溶液中的离子电化学吸附在电极表面，与整个电极系统中的电子发生可逆的氧化还原反应，将电子或离子转化为电荷储存起来的过程。其中材料的结构和体积会发生变化，其比电容比双层电容器大，循环寿命短。第三类是混合型超级电容器，结合了双电层电容器与赝电容电容器的优点，具有功率密度高、循环稳定性好、能量密度高、比电容高，能够保证在具有较高储电能力的前提下还具有良好的循环稳定性REF_Ref21208\r\h[14]。超级电容器的构造从构造上来讲，超级电容器由电解液、集流体、隔膜、电极材料四个部分组成的REF_Ref21300\r\h[15]，如REF_Ref20039\h图STYLEREF1\s1-1所示。每个部分的作用分别如下：电解液一般是无毒无害对环境友好的水系电解液，其作用是负责离子的流通与电子的传递。集流体在储能的过程中用作正负电极的载体，加快电极材料与外电路传输电子的速率一般集流体可为碳布，泡沫镍和铜箔等高导电性材料。隔膜的作用主要是将正负两极隔开防止短路。电极材料一般由一定比例的活性材料、导电剂和粘结剂混合而成REF_Ref21372\r\h[16]，并均匀的刮涂到集流体上。图STYLEREF1\s1-SEQ图\*ARABIC\s11超级电容器的组成结构导电剂一般为乙炔黑或超导炭黑，粘结剂为聚偏氟乙烯等REF_Ref21437\r\h[17]。在各种电极材料中，碳材料一般选择H2SO4；Na2SO4等作为电解液；含有Co、Ni元素的电极材料一般选择KOH作为电解液。根据超级电容器的能量密度计算公式可以知晓，提高能量密度的途径有两种：一是制备具有高电容的电极材料，另外一种是提高电容器的工作电压。提高工作电压可以通过寻找合适的电解液来进行，因此，合适的电解液和高电容的电极材料对于超级电容器来说是重要的条件，可以有效地提高其能量密度，弥补其在应用上的不足之处。理想的电极材料需要具有较高的比表面积、可控的孔隙率、良好的导电性、较多的电化学活性位点以及长效的电化学结构稳定性REF_Ref21545\r\h[18-REF_Ref21551\r\h19]。可以通过改变电极材料的表面积、孔隙率以及结构特征来改善其电化学性能。目前，应用于超级电容器的电极材料在全世界范围内有碳基材料、金属氧化物及导电聚合物REF_Ref21666\r\h[20]。最早广泛应用于超级电容器材料的是碳基材料，比表面积大、稳定性好、导电率高、同时成本低来源广使其成为应用较多的材料。金属氧化物材料通常具有较大的电容，不止能够在电极表面或溶液界面发生氧化还原反应，还能够在整个电极内部发生反应，这样能够有效地提高材料的利用率。导电聚合物是一类具有良好导电性的电极材料，其中比较高的可以达到10000S/cmREF_Ref21718\r\h[21]。超级电容器的应用随着科学技术的不断提高，电子领域、工业领域、机械、交通领域等各个方面需要能源存储的需求日益增加，超级电容器的引入为这些领域注入了新鲜的活力与生机，也为开发一系列新型的产品提供了动力，展示了良好的前景。其优良的储能效果、稳定性高、可持续性好等优点受到了各研究人员们的重视，许多的公司投入大量的精力研发新型的电容器，极大地拓宽了市场，使超级电容器在生活的各个角落中大放异彩。超级电容器可作为交通工具的辅助电源，也适用于电动汽车等大功率的用电设备；可代替蓄电池作为工业中应急器件的备用电源，方便了人们的生活；超级电容器的温度适用范围较广，可在-40℃左右的环境中正常工作，常用于军事设备中，保证在极端环境条件下适用的安全性、稳定性、可靠性；另外超级电容器也能作为太阳能、风能等自然能量的存储设备，能起到稳定功率，稳定电场母线电压的作用，超级电容器将电能输送给外路电压电网，解决了风力发电不能直接传输电能的问题，并且降低了成本。参考文献F.X.Wei,X.Li,J.L.Yang,etal.EmbeddingCobaltIntoZIF-67toObtainCobalt-NanoporousCarbonCompositesasElectrodeMaterialsforSupercapacitor[J].JNanosciNanotechnol,2017,17(5):3504-3508.W.P.Yang,X.Y.Shi,Y.Li,etal.Manganese-dopedcobaltzeoliticimidazolateframeworkwithhighlyenhancedperformanceforsupercapacitor[J].JEnergyStorage,2019,26(August):101018.F.Wang,Y.Liu,Y.F.Zhao,etal.FacileSynthesisofTwo-DimensionalPorousMgCo2O4NanosheetsasAnodeforLithium-IonBatteries[J].ApplSci,2017,8(1):22.Y.Li,L.T.Kang,G.L.Bai,etal.SolvothermalsynthesisofFe2O3loadedactivatedcarbonaselectrodematerialsforhigh-performanceelectrochenicalcapacitors[J].ElectrochimicaActa,2014,134:67-75.高书文.镍基金属有机骨架材料及其衍生物在超级电容器中的电性能研究.中国矿业大学硕士论文,2019徐震宇.竹节状多孔纳米碳管及其复合材料的制备与电容性能研究.湘潭大学硕士论文,2017张秀华,张著森,郎小玲,吴铎斌.正硅酸四乙酯改性活性炭电极材料及其电化学性能测试研究.西昌学院学报：自然科学版[J],2018杨文萍.钴基MOF及其衍生金属氧化物的合成和超级电容器性能研究.扬州大学硕士学位论文,2020闫博.形貌可控微纳米材料的合成及其电化学性能研究.苏州大学硕士论文,2018T.QIan,C.F.Yu,S.S.Wu,etal.Afacilelypreparedpolypyrrole-reducedgrapheneoxidecompositewithacrumpledsurfaceforhighperformancesupercacitorelectrodes[J].JournalofMaterialsChemistryA,2013,1(22):6539-6542.崔萍.几种复合型锂离子电池正极材料的制备及电化学性能研究.华中师范大学博士论文,2011陈英放,李媛嫒,邓梅根.超级电容器的原理及应用.电子元件与材料,2008.27(4):23-24肖谧,宿玉鹏,杜伯学.超级电容器研究进展.电子元件与材料,2019蒋利洋.超级电容器用钴基双金属氢氧化物的设计、制备与优化.中国矿业大学硕士论文,2018L.L.Zhang,X.S.Zhao.Carbon-basedmaterialsassupercapacitorelectrodes[J].ChemScoRev,2009,38(9):2520.M.Sethi,U.S.Ahenoy,D.K.B.J.N.J.Chemistryo.PorousgrapheneNiCo2O4nanorodhybridcompositeasahighperformancesupercapacitoreleectrodematerial[J].2020,44.李浩乾.基于MOF衍生过渡金属氧化物-硫化物的高性能超级电容器的研发.兰州大学硕士学位论文,2020C.M.Chuang,C.W.Huang,H.Teng,etal.Effectsofcarbonnanotubegraftingontheperformanceofelectricdoublelayercapacitors.EnergyFuels,2010,24(12):6476-6482.Z.Zhu,G.Wang,M.Sun,etal.Fabricationandelectrochemicalcharaterizationofpolyanilinenanorodsmodifiedwithsulonatedcarbonnanotubesforsupercapacitorapplications.Electrochi