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活性炭与超级电容器

发布时间: 2021-11-29  点击次数: 24次

  大多数批量生产的商用超级电容器都是使用活性炭作为主要成分。活性炭可以从具有高炭含量的许多不同材料中得到,包括木炭,椰壳和果壳。见的是通过在600-900℃的无氧环境中对原料进行热处理以将其炭化,然后在相似的温度范围内将其放入热蒸汽中活化。第二个过程是激活炭的比表面积使其内部产生大量的孔隙结构,小体积的孔(通常直径小于10nm)。这种孔隙率赋予材料巨大的比表面积,韩研的特殊制造方法可以超过2000m 2 /克。此外,由于来自sp2键合的原子的离域π电子,活性炭具有大的导电性。这些特性使其非常适合双层电容应用。一个典型的现成的超级电容器的基础上活性炭和有机液体电解质具有特定的电容(即,每单位质量的电化学活性物质的电容)为25-30F / g。

  

超级电容活性炭

  活性炭的孔隙结构

  什么是超级电容器,它如何工作?

  超级电容活性炭是超级电容器的材料,超级电容器(也称为超级电容器或电化学电容器)是一种类型的电化学能量储存装置的。它表面上类似于常规电容器,因为它由一对平行板电极组成,但不同之处在于两个电极被电解质溶液而不是固体电介质分离。通常但并非总是这两个电极是相同的,并且在它们之间放置离子可渗透分离器以防止它们彼此接触并产生短路。当器件上施加电压时,正电荷收集在一个电极上,负电荷收集在另一个电极上。对于传统电容器,这是故事的结尾。然而,在超级电容器中,每个带电极的电极将吸引来自电解质溶液的相反电荷的物质,其平衡电极的电荷。直接吸附在电极表面上的物质形成所谓的“内亥姆霍兹平面",主要是极化溶剂分子,一些离子失去了它们的溶剂化壳。过去这是一个称为“外亥姆霍兹平面"的层,由与电极相反的电荷的溶剂化离子组成。这种电极 - 电解质界面处的电荷分离被称为“双电层效应",是存储电能的方法。由于电位下降主要局限于该范围为0.1〜10nm的区域,相应的电场强度为每千瓦数千伏,

  

双层电容器

  充电超级电容器的一个电极中双层形成和电势分布的图示。

  双层机制意味着每单位电压(即电容)存储的电荷量与电极的界面面积成比例。因此,超级电容器电极所需要高品质的活性炭,一般是看活性炭比表面积和电阻值,所需活性炭最小值都要1000m2的表面积电阻越小越好。

  与通过电解质中的Li +离子和每个电极之间的电荷转移反应储存能量的锂离子电池不同,超级电容器中的能量存储本质上是静电的。没有反应动力学的限制因素和通过体电极的离子传输材料,超级电容器的充电和放电速度比锂离子电池快两个数量级。此外,电池电极中锂的重复嵌入/脱嵌可以产生限制其使用时间的有害副产物和循环应力。超级电容器不会面临这些问题,可以持续数十万次充放电循环,也不会明显感觉损耗电容量。另一方面,超级电容器通常对电池具有较差的电荷存储能力; 超级电容器的能量密度小于10Wh / kg,而锂离子电池的平均功率为150Wh / kg。

  超级电容器的应用

  好的活性炭制造出的*电容器具有稳定性和快速存储和释放电荷的机制,因此超级电容器非常适用于需要大功率(大量电流在短时间内传输)的应用。例如,他们可以从汽车或火车的重复制动中恢复能量,大型柴油发动机的冷启动,雷达脉冲和太阳能供电的能量存储LED路灯。超级电容器还可以作为电源缓冲器,减轻高峰的影响和短暂的电流中断。它们已经被用作风力发电机执行器中的计算机存储器模块和变桨控制系统的备用电源。

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