电化学电容器

从原理上讲，电化学电容器的电能存储机理有两种，一种是将电荷存储在电极/电解质溶液界面处电双层中，典型的高比表面积炭为电极材料;另一种是利用发生在电极表面的二维或准二维法拉第反应存储电荷，一般以某些过渡金属氧化物为电极材料，典型的代表是二氧化钌(RuO2)。

电化学电容器(Electrochemical Capacitor, EC)，又称作超大容量电容器(Ultracapacitor)和超级电容器(Supercapacitor)。它是一种介于电容器和电池之间的新型储能器件。与传统的电容器相比，电化学电容器具有更高的比容量。与电池相比，具有更高的比功率，可瞬间释放大电流，充电时间短，充电效率高，循环使用寿命长，无记忆效应和基本免维护等优点。因此它在移动通讯，消费电子，电动交通工具，航空航天等领域具有很大的潜在应用价值。

电化学电容器的单元由一对电极，隔膜和电解质组成，两电极之间为电子阻塞离子导通的隔膜，隔膜及电极均浸有电解质。用于电化学电容器电极材料的主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物等。碳基材料是目前工业化最成功的超级电容器电极材料，近来的研究主要集中在提高材料的比表面积和控制材料的孔径及孔径分布。目前的碳基材料主要有:活性炭粉、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管、纳米碳纤维等。碳基材料性能稳定,价格便宜,但电极内阻较大,不适合在大电流下工作。金属氧化物主要集中在二氧化钌(RuO2)的研究上，其电导率比碳基材料大两个数量级,且在硫酸溶液中稳定,比电容高达768 F/g ,是目前较理想的金属氧化物电极材料，但其昂贵的价格限制了它的广泛应用。因此寻找一种性能稳定，价格低廉的电极材料成为电化学电容器研究的一个热点。

研究发现Co(OH)2可以作为电化学电容器的替代材料，其比容量小于200F/g，而且制备过程复杂。掺杂Al可以提高活性物质的电化学性能，有利于保持电极材料在充放电过程中的结构稳定。因此在Co(OH)2中掺杂Al，形成Co-Al双氢氧化物结构的电极材料，将其用于超级电容器，将会提高超级电容器的比容量，循环寿命等电化学性能，更重要的是Co-Al的使用降低了制造成本，使大规模应用成为可能。

前言

第1章 绪论

1.1 电化学电容器简介

1.1.1 电化学电容器的特点

1.1.2 电化学电容器的结构

1.1.3 电化学电容器的应用

1.1.4 电化学电容器的发展状况

1.1.5 电化学电容器的市场前景

1.2 双电层电容器电极材料研究进展

1.2.1 活性炭

1.2.2 碳纳米管

1.2.3 炭气凝胶

1.3 双电层电容器电解质研究进展

1.3.1 液体电解质研究进展

1.3.2 固体电解质研究进展

1.4 赝电容器研究进展

1.4.1 金属氧化物赝电容器

1.4.2 导电聚合物赝电容器

1.5 本书结构

第2章 实验原理和方法

2.1 引言

2.2 主要原材料及仪器设备

2.2.1 主要原材料

2.2.2 主要仪器设备

2.3 电化学电容器性能测试

2.3.1 循环伏安特性测试

2.3.2 恒流充放电测试

2.4 小结

第3章 电化学电容器的组装和性能研究

3.1 引言

3.2 双电层电容机理

3.3 活性炭电化学电容器的组装

3.3.1 材料的选择

3.3.2 活性炭电化学电容器的组装

3.4 活性炭电化学电容器的性能研究

3.4.1 循环伏安特性

3.4.2 容量特性研究

3.4.3 制备工艺对电容器性能的影响

3.4.4 自放电性能

3.5 小结

第4章 高比表面积中孔活性炭的研制

4.1 引言

4.2 活性炭的孔隙性表征

4.2.1 碘吸附测定方法

4.2.2 亚甲蓝吸附测定方法

4.2.3 比表面积和孔径分布测定方法

4.3 高比表面积中孔活性炭的制备

4.3.1 原料及其性质比较

4.3.2 制备方法的选择

4.3.3 石油焦粒度的优化

4.3.4 剂焦比的优化

4.3.5 活化温度的优化

4.3.6 活化时间的优化

4.4 活性炭的形貌结构和孔隙性表征

4.4.1 活性炭的SEM表征

4.4.2 活性炭的XRD表征

4.4.3 活性炭的孔隙性表征

4.5 活性炭的性能研究

4.6 小结

第5章 纳米Nio电化学电容器研究

5.1 引言

5.2 赝电容机理

5.2.1 吸附赝电容

5.2.2 氧化还原赝电容

5.3 纳米Ni()赝电容器研究

5.3.1 纳米NiO的制备和表征

5.3.2 纳米NiO赝电容特性研究

5.3.3 制备工艺对纳米NiO性能的影响

5.4 NiO-IAC混合电容器研究

5.4.1 NiO-AC混合电容器电极的循环伏安特性

5.4.2 NiO-AC混合电容器性能研究

5.5 小结

第6章 碳纳米管及其复合材料电化学电容器研究

6.1 引言

6.2 CNTs简介

6.2.1 CNTs的结构和特性

6.2.2 CNTs的制备方法

6.2.3 CNTs的应用

6.3 CNTs电化学电容器研究

6.3.1 CNTs的形貌结构和孔隙性表征

6.3.2 CNTs电极的循环伏安特性

6.3.3 CNTs电化学电容器的电容特性研究

6.4 活化CNTs电化学电容器研究

6.4.1 CNTs的活化及样品表征

6.4.2 活化处理对CNTs性能的影响

6.5 回流CNTs电化学电容器研究

6.5.1 CNTs的回流和样品表征

6.5.2 回流处理对CNTs性能的影响

6.6 CNTs-MnO2复合材料电化学电容器研究

6.6.1 CNTs-MnO2复合材料的制备和表征

6.6.2 CNTs-MnO2复合材料的性能研究

6.7 CNTs-PANI复合材料电化学电容器研究

6.7.1 PANl简介

6.7.2 CNTs-PANI复合材料的制备和表征

6.7.3 CNTs-PANI复合材料性能研究

6.8 小结

第7章 活性炭纤维布电化学电容器研究

7.1 引言

7.2 ACFC简介

7.2.1 ACFC的特点

7.2.2 ACFC的制备方法

7.3 ACFC电化学电容器研究

7.3.1 ACFC电化学电容器的制备

7.3.2 ACFC的孔隙性和形貌表征

7.3.3 ACFC电化学电容器性能研究

7.4 小结

第8章 总结与展望

8.1 总结

8.2 今后的研究工作及展望

参考文献

电化学电容器(Electrochemical Capacitor，EC)，也叫超级电容器(Supercapacitor)，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，具有比传统电容器高得多的能量密度和比电池大得多的功率密度，充放电速度快，循环寿命长。1957年，关于电化学电容器第一篇专利的发表掀起了世界范围内电化学电容器的研究热潮。

本书第1章简要介绍了电化学电容器的特点、结构、应用、市场前景及国内外研究进展，重点分析了高比表面积碳材料、金属氧化物和导电聚合物三类电极材料的研究状况，在此基础上提出了本书的研究内容。第2章介绍了电化学电容器的主要性能参数及其测试方法，并介绍了本书所采用的仪器设备及实验材料，同时提出了本书的研究思路。第3章以活性炭为电极材料，研究了电化学电容器组装工艺，并以该实验结果作为后续研究中电容器组装的参考。第4章对电化学电容器用中孔活性炭的制备及性能进行了研究。第5章研究用沉淀转化法来制备NiO，同时将NiO和活性炭组装成混合电容器来解决电化学窗口窄的问题。第6章通过对CNTs进行活化、回流、表面包覆MnO2和表面包覆PANI的方法来提高CNTs的比容，并研究这些方法对CNTs性能的影响。第7章对ACFC卷绕式电化学电容器进行了研究。第8章对全书的研究内容进行了总结，并指出了有待深入研究的问题。

在介绍电化学电容器基本概念和电极材料研究进展的基础上，着重介绍了对活性炭、氧化镍、碳纳米管和活性炭纤维布电化学电容器的研究。全书编排逻辑性强，内容丰富，注重理论与技术的结合。

《电化学电容器电极材料研究》适合企业、科研院所从事化学电源研究的科研人员和技术人员阅读，也可供高校相关专业师生学习参考。