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超级电容活性炭在超级电容器中的应用

2019-10-09 浦士达环保

随着社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，对超级电容器性能的要求也越来越高。目前，能量密度低和价格高是限制超级电容器发展的主要瓶颈，而决定超级电容器发展的关键因素是电极材料的性能和成本。因为凯发一触即发材料比表面积大、化学稳定性好、成本低，是目前超级电容器首选的电极材料。

活性炭电极材料的理想状态是具有纯度高、导电性好、比表面积高、孔隙结构发达、有效孔径分布集中、成本低及稳定性好等优良特性，但这些性能指标在一定程度上又相互矛盾、相互制约，因此，使各个性能指标达到一个优化平衡对于对于提高超级电容器的性能具有重要的意义。制备活性炭的原料非常丰富，煤、木材、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳、酚醛树脂等富含碳的物质经炭化、活化后制得的活性炭都可作为超级电容器的电极材料。然而，活性炭的性能会随着不同的活化工艺而各有差异，可以将活性炭的制备方法分为物理活化法、化学活化法和物理/化学联合活化法。根据电能储存机理的不同，超级电容器一般分为双电层电容器和法拉第赝(准)电容器两种，前者电极材料主要为多孔炭材料，以双电层形式储存能量；后者电极材料为金属氧化物和导电聚合物，以活性物质表面及体相中的二维或准二维空间上发生高度可逆的氧化还原反应的形式储存能量。活性炭电极超级电容器(即双电层电容器)的工作原理是，一对活性炭浸在电解质溶液中，当施加的电压低于溶液的分解电压时，电荷在极化电极/电解液界面重新分布排列，形成紧密的双电层(electricdoublelayers)存储电荷，但电荷不通过界面转移，该过程中的电流基本上是由电荷重排而产生的位移电流。能量以电荷或浓缩的电子存储在电极材料表面，充电时电子通过外电源从正极传到负极，同时电解质本体中的正负离子分开并移动至电极表面；放电时电子通过负载从负极移至正极，正负离子则从电极表面释放并返回电解液本体中。实际上活性炭电极超级电容器的电容同时包含双电层电容和氧化还原反应所引起的法拉第赝电容，但以双电层电容为主，普通活性炭表面存在的官能团只能产生少量的法拉第赝电容。超级电容器作为新型储能元件具有广阔的应用前景及巨大的经济价值。能量密度和功率密度是衡量电容器性能的主要指标，而电极材料的性质是决定电容器能量密度、功率密度等电化学性能的关键。对活性炭电极材料来说，活性炭的比表面积、孔径分布和表面性质是影响超级电容器电化学性能的重要因素，提高超级电容活性炭的比表面积及利用率可以提高电容器的能量密度；优化孔径则有利于提高电容器的功率密度；采用新型的活化工艺或表面改性处理，改变活性炭的表面性质也会对超级电容器的电化学性能产生重要影响。但现有的研究成果还不理想，为了进一步提高电容器的性能，加快其推广应用的步伐，开发集各种优良性能于一体、且具有实用价值的新型活性炭电极材料仍是广大研究者追求的目标。转载请注明出处：江苏浦士达活性炭 www.purestar.com.cn，更多活性炭详情咨询热线：400-180-9558。

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