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层次多孔碳电极材料的制备及其超级电容特性研究

层次多孔碳电极材料的制备及其超级电容特性研究
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超级电容器电极材料的研究进展

2011年第3期 新疆化工 11 超级电容器电极材料的研究进展 摆玉龙 (新疆化工设计研究院,乌鲁木齐830006) 摘要:超级电容器既具有超大容量,又具有很高的功率密度,因此它在后备电源、替代电源、大功率输出等方面都有极为广泛的应用前景。超级电容器的性能主要取决于电极材料,近年来各国学者对于超级电容器的电极材料进行了大量的研究。 关键词:超级电容器;电极材料 1 前言 超级电容器的种类按其工作原理可以分为双电层电容器、法拉第准电容器(也称为赝电容电容器)以及二者兼有的混合电容器。双电层电容器基于双电层理论,利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来储存能量。法拉第准电容器则基于法拉第过程,即在法拉第电荷转移的电化学变化过程中产生,不仅发生在电极表面,而且可以深入电极内部。根据这两种原理,目前作为超级电容器的电极材料的主要分为三类[1]:碳材料、金属氧化物及水合物材料、导电聚合物材料。 2 碳材料类电极材料 在所有的电化学超级电容器电极材料中,研究最早和技术最成熟的是碳材料。其研究是从1957年Beck发表的相关专利开始的。碳电极的研究主要集中在制备具有大的比表面积和较小内阻的多孔电极材料上,可用做超级电容器电极的碳材料主要有:活性炭、纳米碳纤维、玻璃碳、碳气凝胶、纳米碳管等。 活性炭(AC)是超级电容器最早采用的碳电极材料[2]。它是碳为主,与氢、氧、氮等相结合,具有良好的吸附作用。其特点是它的比表面积特别大,比容量比铂黑和钯黑高五倍以上[3]。J.Gamby[4]等对几种不同比表面积的活性炭超级电容器进行测试,其中比表面积最大为2315m2·g的样品得到的比容量最高,达到125F/g,同时发现比表面积和孔结构对活性炭电极的比容量和内阻有很大影响。 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。ACF的制备一般是将有机前驱体纤维在低温(200℃~400) ℃下进行稳定化处理,随后进行炭化、活化(700℃~1000) ℃。日本松下电器公司早期使用活性炭粉为原料制备双电层电容器的电极,后来发展的型号则是用导电性优良、平均细孔孔径2~5nm、细孔容积0.7~1.5m3/g、比表面积达1500~3000m2/g的酚醛活性炭纤维[5],活性炭纤维的优点是质量比容量高,导电性好,但表观密度低。H. Nakagawa采用热压的方法研制了高密度活性炭纤维(HD-ACF)[6],其密度为0.2~0.8g/m3,且不用任何粘接剂。这种材料的电子导电性远高于活性炭粉末电极,且电容值随活性炭纤维密度的提高而增大,是一种很有前途的电极材料。用这种HD-ACF 制作超级电容器电极[7],结果表明,对于尺寸相同的单元电容器,采用HD-ACF为电极的电容器的电容明显提高。 炭气凝胶是一种新型轻质纳米级多孔性非晶炭素材料,其孔隙率高达80%~98%,典型孔隙尺寸<50nm,网络胶体颗粒尺寸3~20nm,比表面积高达60~1000m2/g,密度为0.05~0.80g/m3,是一种具有许多优异性能(如导电性、光导性和机械性能等)和广阔的应用前景的新型材料[8]。孟庆函,

电容器参数大全

电容器 电容器通常简称其为电容,用字母C表示。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于隔直,耦合,旁路,滤波,调谐回路,能量转换,控制电路等方面。定义2:电容器,任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包括导线)间都构成一个电容器。 相关公式 电容器的电势能计算公式:E=CU^2/2=QU/2 多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn 多电容器串联计算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn 三电容器串联 C=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3) 标称电容量和允许偏差 标称电容量是标志在电容器上的电容量。在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等,换算关系是:1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。 容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10 μF/16V 容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示 字母表示法:1m=1000 μF 1P2= 1n=1000PF 数字表示法:三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。三位数字的前两位数字为标称容量的有效数宇,第三位数宇表示有效数字后面零的个数,它们的单位都是pF。如:102表示标称容量为1000pF。 221表示标称容量为220pF。 224表示标称容量为22x10(4)pF。 在这种表示法中有一个特殊情况,就是当第三位数字用"9"表示时,是用有效数宇乘上10的-1次方来表示容量大小。如:229表示标称容量为22x(10-1)pF=。 允许误差±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20% 如:一瓷片电容为104J表示容量为μF、误差为±5%。 电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差,在允许的偏差范围称精度。常用的电容器其精度等级和电阻器的表示方法相同。用字母表示:D——005级——±%;F——01级——±1%;G——02级——±2%;J——I 级——±5%;K——II级——±10%;M——III级——±20%。 精度等级与允许误差对应关系:00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%) 一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取。 注:用表中数值再乘以10n来表示电容器标称电容量,n为正或负整数。 主要参数的意义:标称容量以及允许偏差:目前我国采用的固定式标称容量系列是:E24,E12,E6系列。他们分别使用的允许偏差是+-5% +-10% +-20%。 额定电压:在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值,一般直接标注在电容器外壳上,如果工作电压超过电容器的耐压,电容器击穿,造成不可修复的永久损坏。常见的电容额定电压与耐压测试仪测量值的关系( 600V的耐压测试仪测量电压为760V以上550V的耐压测试仪测量电压为715V以上; 500V的耐压测试仪测量电压为650V以上; 450V的耐压测试仪测量电压为585V以上; 400V的耐压测试仪测量电压为520V以上; 250V的耐压测试仪测量电压为325V以上; 200V的耐压测试仪测量电压为260V以上;

电容参数资料

电容的型号功能和应用的详细介绍 1. [capacitance;electric capacity]:电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量,非导电体的下述性质:当非导电体的两个相对表面保持某一电位差时(如在电容器中),由于电荷移动的结果,能量便贮存在该非导电体之中 定义: 电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容。 电容的符号是C。 在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等,换算关系是: 1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。 相关公式: 一个电容器,如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏,这个电容器的电容就是1法,即:C=Q/U 但电容的大小不是由Q或U决定的,即:C=εS/4πkd 。其中,ε是一个常数,S为电容极板的正对面积,d为电容极板的距离, k则是静电力常量。常见的平行板电容器,电容为C=εS/d.(ε为极板间介质的介电常数,S为极板面积,d为极板间的距离。)

电容器的电势能计算公式:E=CU^2/2=QU/2 多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn 多电容器串联计算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn 电容器的型号命名方法 第一部分 | 第二部分 | 第三部分 | 第四部分 名称 | 材料 | 特征 | 序号 电容器 | 符号 | 意义 | 符号 | 意义 | 符号 C 高频瓷 T 铁电 T 低频瓷 W 微调 I 玻璃 J 金属化 符号 Y 釉云母 X 小型 C Z 纸介 D 电压用字母或数字 J 金属化 M 密封 L 纸涤纶 Y 高压

超级电容器电极材料研究现状及存在问题

功能材料课程报告 指导老师: 学院:材料科学与工程学院专业:材料加工工程 姓名: 学号: 日期: 2012 年7 月13 日

超级电容器电极材料研究现状及存在问题 摘要:电极材料是决定电容器性能的重要因素,高性能电极材料的开发是超级电容器研发的重点。本文主要讨论了超级电容器阳极材料的研究现状及存在问题,这些材料包括:碳材料、贵金属氧化物、导电聚合物和一些其他材料。复合或混合型电极材料可以显著提高超级电容器的综合性能,已经成为超级电容器电极材料发展的主要趋势。 关键词:超级电容器;电极材料;研究现状;存在问题

1电极材料的研究现状 1.1正极材料 目前用作超级电容器电极的材料主要有三类:碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。 1.1.1碳材料碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量,其比表面积是决定电容器容量的重要因素。尽管高比表面的碳材料比表面积越大,容量也越大,但实际利用率并不高,因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及以上的空间才能形成双电层,从而进行有效的能量储存。而制备的碳材料往往存在微孔(小于2nm)不足的情况。所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(大于2nm)的方向发展。除此之外,碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响[1]。 碳电极电容器其电容的大小和电极的极化电位及电极比表面积大小有关,故可以通过极化电位的升高和增大电极比表面积达到提高电容大小的目的。电极/电解质双电层上可贮存的电量其典型值约为15~40μF·cm-2。选用具有高表面积的高分散电极材料可以获得较高的电容。对理想可极化体系而言,可通过无限提高充电电压而大量储存能量。但是,对于实际体系却受电极材料和电解液组成的电极系统的可极化性和溶剂分解的限制,可通过加大电极比表面积来增加电容值。电容C可由下式给出 C=ε·ε0Ad 式中:ε ε为电导体和内部赫姆霍兹面间区域的相对0为自由空间的绝对介电常数, 介电常数,A为电极表面积,d为导体与内赫姆霍兹面之间的距离。 近年来研究主要集中在提高碳材料的比表面积和控制碳材料的孔径及孔径分布,并开发出许多不同类型的碳材料,主要有: 多孔碳材料、活性碳材料、活性碳纤维、碳气溶胶以及最近才开发的碳纳米管等[2]。 多孔碳材料、活性碳材料和活性碳纤维:这个排列基本代表了碳材料为提高有效比表面积的发展方向。之所以发展为活性碳,主要是在于通过活化处理(如水蒸汽)后,可以增加微孔的数量,增大比表面积,提高活性碳的利用率。这些材料随制作电极工艺的不同先后出现过:活性碳粉与电解液混合制成的糊状电

电解电容参数特性

电解电容器的参数特性 上海BIT-CAP技术中心2.1容量 2.1.1标称容量(C R) 电容器设计所确定的容量和通常在电容器上所标出的电容量值。 2.1.2容量公差 容量偏差是指电容器的实际容量离开标称容量的范围,容量偏差一般会标示在出货检验单上和包装箱盒贴上。YM产品的容量公差为±20%。 2.1.3容量偏差等级 为了保证每批电容器容量的一致性,保证客户装在同一台机器上的所有电容器之间的容量偏 差在。特别为每一个电容器贴上表示容量偏差的标签。客户在装机时选用同一标签的电容器装在一台设备内,这样能够有效的保证了同一台设备内的电容器容量的一致性。偏差等级见表1。 容量等级代码容量偏差 D-20%≤Cap<-15% C-15%≤Cap<-10% B-10%≤Cap<-5% A-5%≤Cap<0 E0≤Cap<5% F5%≤Cap<10% G10%≤Cap<15% H15%≤Cap≤20% 表1容量偏差等级表 2.1.4容量的温度特性 电解电容的容量不是所有的工作温度下都是常量,温度对容量的影响很大。温度降低时,电解液的粘性增加,导电能力下降,容量下降。

图4容量温度特性(测试频率120Hz ) 2.1.5 容量的频率特性 电解电容器的容量决定于温度,还决定于测试频率。容量频率关系:C 代表容量,单位F f 代表频率,单位Hz z 代表阻抗,单位Ω 图5容量频率特性曲线(测试温度20℃) 2.1.6频繁的电压波动及充放电 频繁的电压波动及充放电都会导致容量下降,为了应对频繁的电压波动及充放电的使用条件,特别设计了ER6系列产品(充放电应对品)。详细情况请联系我们。2.2损耗角的正切值tan δ 用于脉动电路中的铝电解电容器,实际上要消耗一部分的有功功率,这可以用损耗角的正切值来表征。损耗角的正切值为在正弦电压下有功功率与无功功率的比值。对于电解电容器较常采用的等效电路,如图6,则损耗角的正切值为: 图6等效串联电路图

超级电容器综述解析

电子技术查新训练文献综述报告 题目超级电容器技术综述 学号3130434055 班级微电132 学生赵思哲 指导教师杨莺 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 .

超级电容器材料综述

超级电容器是一种新型的储能装置,具备充放电快、效率高、稳定性好等优点,是一种清洁的绿色能源,是21 世纪的新型绿色能源。超级电容器有很大的市场潜力。通过对超级电容器电极材料进行研究,发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。 目前,用于超级电容器的电极材料主要是碳材料,市场上主要是活性炭材料,因为活性炭的成本较低,且活性炭具有很高的比表面积,这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是,活性炭的导电性一般,微观结构主要以微孔形式存在,因此在电解液中会有很大的电阻,电解液浸透电极的过程会比较慢,在存储和传输电荷的时候也会比较慢,但是它的成本低,基本可以满足市场的要求,因此被作为市场上电容器的主要材料,其它的碳材料有比活性炭更优越的性能,但是成本较高,所以没有被用作商业化。因此,寻找性能好,成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向,从而制备出性能优越,成本低,能够广泛应用于市场的超级电容器,具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉,表面积大,适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容,还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料,不同的处理方法,会得到不同比表面积的活性炭,一般表面积可以高达1000~3000m2/g,而且具有不同的空隙,孔径范围宽,生产工艺简单,成本低廉,可以从沥青、植

物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样,可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料 炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性,导电性好,表面积大,孔隙率高,孔径分布广,是唯一可以导电的气凝胶,电导率高。密度跨度大,孔隙率好,而且质量较轻,属于非晶态的纳米碳材料,同时,在制备的时候,可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料,微观上看两端封闭的多层的管子,直径有几十纳米,层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看,碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的,因为碳纳米管的结构是空管的形状,表面积大,尤其是壁很薄的碳纳米管,比表面积更大,非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时,还会具备特殊的孔,这些孔是由微观状态下,碳纳米管互相缠绕,好似网状结构,管与管之间就形成了孔洞的结构,孔与孔之间都是互相连通的,没有堵死的情况,这在用作电极的时候,对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小,一般都是属中孔,这会使电极的内阻很低,这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上,或者将

电容参数X5R,X7R,Y5V,COG详解(精)

电容参数:X5R,X7R,Y5V,COG 详解 在我们选择无极性电容式,不知道大家是否有注意到电容的X5R,X7R,Y5V,COG等等看上去很奇怪的参数,有些摸不着头脑,本人特意为此查阅了相关的文献,现在翻译出来奉献给大家。 这类参数描述了电容采用的电介质材料类别,温度特性以及误差等参数,不同的值也对应着一定的电容容量的范围。具体来说,就是: X7R常用于容量为3300pF~0.33uF的电容,这类电容适用于滤波,耦合等场合,电介质常数比较大,当温度从0°C 变化为70°C时,电容容量的变化为±15%; Y5P与Y5V常用于容量为150pF~2nF的电容,温度范围比较宽,随着温度变化,电容容量变化范围为±10%或者 +22%/-82%。 对于其他的编码与温度特性的关系,大家可以参考表4-1。例如,X5R的意思就是该电容的正常工作温度为 -55°C~+85°C,对应的电容容量变化为±15%。 表4-1 电容的温度与容量误差编码 下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用以及采购中应注意的订货事项以引起大家的注意。不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法,这里我们引用的是AVX公司的命名方法,其他公司的产品请参照该公司的产品手册。 NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同,随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在

使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。 一、NPO电容器 NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃,电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。NPO电容的漂移或滞后小于±0.05%, 相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同,大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。下表给出了NPO 电容器可选取的容量范围。 NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容,以及高频电路中的耦合电容。 二 X7R电容器 X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%,需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。 X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的,它也随时间的变化而变化,大约每10年变化1%ΔC,表现为10年变化了约5%。 X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用,而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。下表给出了X7R电容器可选取的容量范围。 三 Z5U电容器 Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围,对于Z5U电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下Z5U电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大,它的老化率最大可达每10年下降5%。 尽管它的容量不稳定,由于它具有小体积、等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)低、良好的频率响应,使其具有广泛的应用范围。尤其是在退耦电路的应用中。下表给出了Z5U电容器的取值范围。 Z5U电容器的其他技术指标如下:工作温度范围+10℃ --- +85℃ 温度特性 +22% ---- -56% 介质损耗最大 4% 四 Y5V电容器 Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器,在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%。 Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μF电容器。 Y5V电容器的取值范围如下表所示 Y5V电容器的其他技术指标如下:工作温度范围 -30℃ --- +85℃ 温度特性 +22% ---- -82% 介质损耗最大 5% 贴片电容器命名方法可到AVX网站上找到。 NPO,X7R及Y5V电容的特性及主要用途 NPO的特性及主要用途 属1类陶瓷介质,电气性能稳定,基本上不随时间、温度、电压变化,适用于高可靠、高稳定的高额、特高频场合。特性: 电容范围 1pF~0.1uF (1±0.2V rms 1MHz) 环境温度: -55℃~+125℃ 组别:CG 温度特性:0±30ppm/℃ 损耗角正切值: 15x10-4 绝缘电阻:≥10GΩ 抗电强度: 2.5倍额定电压 5秒浪涌电流:≤50毫安

常用电容器主要参数与特点

常用电容器主要参数与特点 1、标称电容量和允许偏差 标称电容量是标志在电容器上的电容量。 电解电容器的容值,取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗。因此容值,也就是交流电容值,随着工作频率、电压以及测量方法的变化而变化。在标准JISC 5102 规定:铝电解电容的电容量的测量条件是在频率为 120Hz,最大交 流电压为(Voltage Root Mean Square,通常指交流电压的有效值),DC bias (直流偏压直流偏置直流偏移直流偏磁)电压为~的条件下进行。可以断言,铝电解电容器的容量随频率的增加而减小。 电容器中存储的能量 E = CV^2/2 电容器的线性充电量 I = C (dV/dt) 电容的总阻抗(欧姆) Z = √ [ RS^2 + (XC – XL)^2 ] 容性电抗(欧姆) XC = 1/(2πfC)

电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差,在允许的偏差范围称精度。 精度等级与允许误差对应关系:00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%) 一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取。 2、额定电压 在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值,一般直接标注在电容器外壳上,如果工作电压超过电容器的耐压,电容器击穿,造成不可修复的永久损坏。 3、绝缘电阻 直流电压加在电容上,并产生漏电电流,两者之比称为绝缘电阻。 当电容较小时,主要取决于电容的表面状态,容量〉时,主要取决于介质的性能,绝缘电阻越大越好。 电容的时间常数:为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数,他等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。 4、损耗 电容在电场作用下,在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值,电容的损耗主要由介质损耗,电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。

超级电容器电极材料综述

超级电容器电极材料综述 原创:jqzhu 本文对超级电容器的背景,电极材料的储能原理、性能评价和电容器的制备方法,以及国内外报道的超级电容器电极材料做了详细的归纳和总结。可作为超级电容器研究的入门资料。原创作品,学术不端检索比例小于3%,可以作为本科,硕士,博士论文中第一章文献综述的重要参考资料。(全文5万余字,参考文献齐全)。值得拥有。 目 录 超级电容器综述 (2) 1.1 引言 (2) 1.2 电化学电容器的理论基础与应用 (4) 1.2.1 电双电层电容器和法拉第赝电容器 (4) 1.2.2比电容,电压,功率和能量密度 (7) 1.2.3电解液 (10) 1.2.4电化学电容器的制备 (13) 1.2.5 电极材料的评价方法 (15) 1.2. 6 电化学电容器的优点、挑战以及应用 (18) 1.3电极材料 (25) 1.3.1 碳材料 (27) 1.3.2 导电聚合物(CPs) (30)

1.3.3 非贵金属氧化物/氢氧化物 (36) 1.3.4 贵金属氧化钌电极材料 (52) 1.4 多元活性氧化物材料的结构特点及制备技术 (65) 1.4.1 多元氧化物的结构和性能特点 (65) 1.4.2 多元氧化物的制备技术 (67) 参考文献 (71)

超级电容器综述 1.1 引言 随着经济和科学技术的发展,人类对能源的需求逐年递增,导致不可再生的石化能源储量逐年减少,而排放的有害气体,温室气体却与日俱增,环境污染日趋严重。因此,当前世界各国都在致力于开发清洁、高效的可再生能源,以及能源储存和转换的新技术和新设备。 在大多数应用领域,最为有效的和实用的能量储存与转换的技术包括蓄电池、燃料电池、以及电化学超级电容器(ES)。最近的十几年里,由于具有高功率密度、长循环寿命等性能优点,超级电容器越来越受到广泛的重视。超级电容器的性能介于传统介电容器(超高功率/低能量密度)和蓄电池/燃料电池(高能量密度/低功率密度)之间,刚好填补它们的性能间隙[1, 2],因此有着广泛的应用的前景。 最早的电化学电容专利申请于1957年。然而,直到20世纪90年代,电化学电容器才真正进入人们的视野,逐渐受到少数行业的重视,例如混合电动交通工具开发领域[3, 4]。此时电化学电容器的作用是提升电池/燃料电池的性能,在汽车启动、加速或刹车瞬间提供充足的动力[5, 6]。在随后发展过程中,人们才逐渐意识到,电化学电容器还有一个非常重要的作用,即作为电池和燃料电池的能量补充,在电池或燃料电池出现瞬间断电时提供备用电能[7]。鉴于此,美国能源总署认定在未来能源储存系统中电化学电容器和电池/燃料

超级电容器材料电化学电容特性测试

华南师大学实验报告 学生:蓝中舜学号:20120010027 专业:新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级:12新能源 课程名称:化学电源实验 实验项目:超级电容器材料电化学电容特性测试 实验类型:验证设计综合实验时间:2014年5月19日-26日实验指导老师:易芬云组员:吕俊、郭金海、余启鹏 一、实验目的 1、了解超级电容器的原理; 2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法; 3、了解超级电容器双电层储能机理的特点; 4、掌握超级电容器电极材料的制备方法; 5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。 二、实验原理 1、超级电容器的原理 超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。

图1 超级电容器的结构图 从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。 (1) 双电层超级电容器的工作原理 双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离(分散层)产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。根据双电层理论,双电层的微分电容约为20μF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。双电层电容具有响应速度快,放电倍率高的特点,但储能比电容较小。 (2) 法拉第鹰电容的工作原理 法拉第鹰电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层中的电荷存储与上述类似,对于化学吸脱附机理来说,一般过程为电解液中的离子一般为或在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面,而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中若电极材料具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。法拉第鹰电容可以产生高的比电容,但因为法拉第反应的限制,倍率性能比双电层电容小。

超级电容器电极材料综述

超级电容器电极材料 超级电容器,作为当下储能研究的一大热点,普遍具有以下优势: 1、快速的充放电特性 2、很高的功率密度 3、优良的循环特性 然而,它的不足完全制约了它的实际应用——能量密度很低。目前,商用的超级电容器可以提供10WhKg-1,而相比之下,锂离子电池的能力密度高达18010WhKg-1。因此,如何能提高超级电容器的能量密度,称为眼下超级电容器研究领域亟待解决的首要问题。学术圈致力于通过开发新的电极材料、电解质、独创的器件设计方案等方法,来实现这一问题的突破。 想要通过更好的电极材料(同时需要价格低廉,环境友好)来实现在超级电容器性能上的重大的进展,需要对电荷储存机理,离子电子的传输路径,电化学活性位点有全面、深远的认识。由此,纳米材料因为其可控的离子扩散距离、电化学活性位点数量的扩大等特点成为研究热门。 根据储能机理的不同,超级电容器可以分为:双电层电容器EDLC,赝电容。EDLC通过物理方法储存电荷——在电解质、电极材料界面上发生可逆的离子吸附。而赝电容通过化学方法储存电荷——在电极表面(几纳米深)发生氧化还原反应。通常,EDLC的电极材料为碳材料,包括活性炭,碳纳米管,石墨烯等。然而赝电容的电极材料包括:金属氧化物(RuO2, MnO2, CoOx, NiO,Fe2O3),导电高分子(PPy,

PANI,Pedot)。 设计一款高性能的超级电容的标准是: 1、很高的比容量 (单位质量的比容量,单位体积的比容量,或者是活性物质的面积) 2、很高的倍率性能 在高的扫速下200mV/s或电流密度下,容量的保持率。 3、很长的循环寿命 另外,活性材料的价格与毒性也需要计入考量。 为了制备高容量的电极材料,上述因素需要进一步讨论。 1、表面积:因为电荷是储存在电容器电极的表面,具有更高表面积的电极可以提高比容量。纳米结构的电极可以很好的提高电极的表面积。 2、电子和离子的导电性:因为比容量、倍率性能是由电子、离子的导电性共同决定,高的离子、电子电导将会很好的维持CV曲线中的矩形图线,以及GCD中充放电曲线的对称性。 同时,这也将减少充电电流增大后的比容量损失。 典型的增加电子电导的方法有: (1)Binder-free electrode design 不实用粘结剂 (2)纳米结构集流体设计——这可以为电子传输的提供高效途径 增加离子电导的方法:

无功补偿电容器运行特性参数选取

无功补偿电容器运行特性参数选取 1 电力电容器及其主要特性参数 电力电容器是无功补偿装置的主要部件。随着技术进步和工艺更新,纸介质电容器已被 自愈式电容器所取代,自愈式电容器采用在电介质中两面蒸镀金属体为电极,其最大的改进是电容器在电介质局部击穿时其绝缘具有自然恢复性能,即电介质局部击穿时,击穿处附近的金属涂层将熔化和气化并形成空洞,由此虽然会造成极板面积减少使电容C 及相应无功功率有所下降,但不影响电容器正常运行。 自愈式电容器主要特性参数有额定电压、电容、无功功率。 1. 1 额定电压 《自愈式低电压并联电容器》第3. 2 条规定“电容器额定电压优先值如 下0. 23 ,0. 4 ,0. 525 及0. 69 kV。”电容器额定电压选取一般比电气设备额定运行电压高5 %。 1. 2 电容 电容器的电容是极板上的电荷相对于极板间电压的比值,该值与极板面积、极板间绝缘 厚度和绝缘介质的介电系数有关, 其计算式为C = 1 4πε× S D 式中ε为极板间绝缘介质的介电系数; S 为电容器极板面积; D 为电容器绝缘层厚度。 在上式中,电容C 数值与电压无直接关系, C 值似乎仅取决于电容器极板面积和绝缘介质,但这只是电容器未接网投运时的静态状况;接网投运后,由于电介质局部击穿造成极板面积减少从而会影响到电容C 数值降低,因此运行过程中, 电容C 是个逐年衰减下降的变量,其衰减速度取决于运行电压状况和自身稳态过电压能力。出厂电容器的电容值定义为静态电 容。一般,投运后第一年电容值下降率应在2 %以内,第二年至第五年电容值下降率应在1 %~ 2 % ,第五年后因电介质老化,电容值将加速下降,当电容值下降至出厂时的85 %以下,可认为该电容器寿命期结束。 1. 3 无功功率 在交流电路中,无功功率QC = UI sinφ由于电容器电介质损耗角极小,φ= 90°,所以sin φ= 1 ,则无功功率QC = UI =ωCU2 ×10 - 3 = 2πf CU2 ×10 - 3 (μF) ,从该式可见,电容器无功功率不仅取决于电容C ,而且还与电源频率f 、端电压U 直接相关,电容器额定无功功率的准确定义应是标准频率下外接额定电压时静态电容C 所对应的无功率。接网投运后电容器所输出实际无功功率能否达到标定容量,则需视运行电压状况。当电网电压低于电容器额定电压时,电容器所输出的无功功率将小于标定值。因此如果电容器额定电压选择偏高,电容器实际运行电压长期低于额定值,很可能因电容器无功出力低于设计值造成电网无功短 缺。 2 无功补偿电容装置参数的选取误区 无功补偿装置在进行设计选型及设备订货时,提供给厂家的参数往往仅是电容补偿柜型 号和无功功率数值,而电容器额定电压及静态电容值这两个重要参数常被忽略。由于电容器 生产厂家对产品安装处电压状况不甚了解,在产品设计时往往侧重于降低产品生产成本和减 少电介质局部击穿,所选取的电容器额定电压往往高于国家标准推荐值,这样做对电网运行的无功补偿效果会造成什么影响对电网建设投资又会引起什么变化呢可通过以下案例进行 分析。 例如某台10 0. 4 kV 变压器,按照功率因数0. 9 的运行要求,需在变压器低压侧进行集中 无功补偿,经计算需补偿无功功率100 kvar ,如果按额定电压U = 450 V 配置电容器,根据QC=ωCU2 ×10 - 3 计算,电容器组的静态电容值C 为1 572μF ,接入电网后在运行电压U =400 V 的状态下,该电容器实际向电网提供的无功功率QC 为79 kvar ,补偿效果仅达预期的79 %。反之,在上述条件下,要想保证实际补偿效果为100 kvar ,则至少需配置电容器无功功率为127 kvar ,也就意味着设备投资需要增加27 %。中山市2004 年变压器增加898 台,合计容量近60 万kvar ,按30 %补偿率计需补偿无功功率近18 万kvar 。

超级电容器材料综述

目前,用于超级电容器的电极材料主要是碳材料,市场上主要是活性炭材料,因为活性炭的成本较低,且活性炭具有很高的比表面积,这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是,活性炭的导电性一般,微观结构主要以微孔形式存在,因此在电解液中会有很大的电阻,电解液浸透电极的过程会比较慢,在存储和传输电荷的时候也会比较慢,但是它的成本低,基本可以满足市场的要求,因此被作为市场上电容器的主要材料,其它的碳材料有比活性炭更优越的性能,但是成本较高,所以没有被用作商业化。因此,寻找性能好,成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向,从而制备出性能优越,成本低,能够广泛应用于市场的超级电容器,具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉,表面积大,适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容,还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料,不同的处理方法,会得到不同比表面积的活性炭,一般表面积可以高达 1000~3000m2/g,而且具有不同的空隙,孔径范围宽,生产工艺简单,成本低廉,可以从沥青、植物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样,可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料

炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性,导电性好,表面积大,孔隙率高,孔径分布广,是唯一可以导电的气凝胶,电导率高。密度跨度大,孔隙率好,而且质量较轻,属于非晶态的纳米碳材料,同时,在制备的时候,可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料,微观上看两端封闭的多层的管子,直径有几十纳米,层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看,碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的,因为碳纳米管的结构是空管的形状,表面积大,尤其是壁很薄的碳纳米管,比表面积更大,非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时,还会具备特殊的孔,这些孔是由微观状态下,碳纳米管互相缠绕,好似网状结构,管与管之间就形成了孔洞的结构,孔与孔之间都是互相连通的,没有堵死的情况,这在用作电极的时候,对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小,一般都是属中孔,这会使电极的内阻很低,这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上,或者将碳纳米管和别的材料复合用作超级电容器。 4、活性炭纤维 活性炭纤维是一种环保材料,具有比活性炭更加优越的吸附性能,由它得到的高表面积的活性炭纤维布已经成功用于商业化的电极

电阻,电感,电容的主要参数

电阻,电感,电容的主要参数 电阻主要特性参数 1、标称阻值:电阻器上面所标示的阻值。 2、允许误差:标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差,它表示电阻器的精度。 允许误差与精度等级对应关系如下:±0.5%-0.05、±1%-0.1(或00)、±2%-0.2(或0)、±5%-Ⅰ级、±10%-Ⅱ级、±20%-Ⅲ级 3、额定功率:在正常的大气压力90-106.6KPa及环境温度为-55℃~+70℃的条件下,电阻器长期工作所允许耗散的最大功率。 线绕电阻器额定功率系列为(W):1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500 非线绕电阻器额定功率系列为(W):1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100 4、额定电压:由阻值和额定功率换算出的电压。 5、最高工作电压:允许的最大连续工作电压。在低气压工作时,最高工作电压较低。 6、温度系数:温度每变化1℃所引起的电阻值的相对变化。温度系数越小,电阻的稳定性越好。阻值随温度升高而增大的为正温度系数,反之为负温度系数。 7、老化系数:电阻器在额定功率长期负荷下,阻值相对变化的百分数,它是表示电阻器寿命长短的参数。 8、电压系数:在规定的电压范围内,电压每变化1伏,电阻器的相对变化量。 9、噪声:产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏,包括热噪声和电流噪声两部分,热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动,使导体任意两点的电压不规则变化。 电感器的主要参数 电感器的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数、分布电容及额定电流等。

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