超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极的表面积，为达到这种容量，只有缩小电极间距离，增加电极面积，为此，采用双层和活性炭多孔化电极。温度与电压是影响超级电容器寿命的重要因素。温度每升高5℃，电容器的寿命将下降10%。为降低电压跌落，需选用大容量超级电容器。......
2023-06-25
便携式电子设备的轻质可伸缩超级电容器
【摘要】：与定置型设备和汽车应用相比,便携式电子设备网络的运行仅需要微尺度能量供应。所以,当SCs作为能量来源用于这些小型和微型设备时应具备以下独特的要求:体积小、质量轻、灵活度高、拉伸性强及与新兴表皮电子设备的高生物相容性[62]。制备应用于便携式电子产品的轻质SCs时,电极/电解液须无毒无害,并且此装置应具有高质量/体积的能量密度和功率密度。用于便携式电子设备的可伸缩超级电容器。
与定置型设备和汽车应用相比,便携式电子设备(包括微电子机械系统和无线传感器)网络的运行仅需要微尺度能量供应。所以,当SCs作为能量来源用于这些小型和微型设备时应具备以下独特的要求:体积小、质量轻、灵活度高、拉伸性强及与新兴表皮电子设备的高生物相容性[62]。以上标准更具挑战性,幸运的是最近陆续报道了一些有前景的方法来解决这些问题。
(1)质量轻和灵活性的超级电容器。
制备应用于便携式电子产品的轻质SCs时,电极/电解液须无毒无害,并且此装置应具有高质量/体积的能量密度和功率密度。碳纳米管(CNT)或石墨烯(graphene,GN)电极由于其高灵活性和高导电性而被广泛研究。以CNT作为SCs的电极材料实用价值高[63]——不仅是因为其超轻且柔韧性强,更是由于CNT的价格低廉且制备方法简易。Pushparaj等人将CNTs均匀分散入纳米多孔纤维素纸制备柔性电极材料[64],在氢氧化钾电解质和非水溶液电解质中分别呈现的比电容为36F/g和22F/g。为了提高能量密度,CNT/过渡金属氧化物复合纸作为柔性电极材料也正在被研究。Chou等人[65]将MnO2纳米线电沉积在CNT纸上,在0.1mol/LNa2SO4电解液中,当电流密度为770mA/g时其比电容为167.5F/g。
(2)用于便携式电子设备的可伸缩超级电容器。(www.chuimin.cn)
与灵活的便携式电子设备相比,可伸缩的电子装置[66]需要可拉伸的便携式电源。将活性物质薄膜覆盖在预变形的弹性基底上,然后释放弹性基底来获得可逆的延展性,从而构建出周期性的弯曲结构,是一种制备可伸缩SCs电极材料的方法。Yu等人[67]首次以弯曲的单壁碳纳米管(SWNT)作为电极材料组装成可伸缩的SCs,实验结果表明可伸缩的SWNT薄膜结构机械强度提高了40%,但其电化学性能与不可伸缩的SWNT薄膜结构相比却未发生衰减,比电容仍可保持在50F/g。基于一种简单的“浸渍、干燥”方法,Hu等人[68]将SWNT溶液包覆到纺织物品上组成可伸缩SCs电极材料,这种SWNT/纺织物复合材料的质量比电容很高(0.48F/g),具有良好的商业应用价值。
(3)用于个人电子产品的透明超级电容器。
对于下一代储能装置来说,需要嵌入小型柔性显示屏,如应用在智能手机或平板电脑里的多点触控显示屏。除了对灵活/可伸缩SCs的机械强度严格控制外,对透明度的要求也越来越苛刻。经过实验分析,graphene和CNT复合物表现出了透明特性,经过加工之后,复合物会变得极薄,这是其他纳米碳材料很难达到的。Chen等人也合成了一种透明柔性的In2O3纳米线/CNT异质薄膜电极[69],此SCs的功率密度为7.48kW/kg,经过长时间循环后,电容保持率仍为88%。若想达到电极的透明化,最主要的是要生产出高比表面积的超薄电极材料,然而,电极厚度的降低将导致导电性的衰退。近期,King等人[70]专门研究了不同厚度的透明电极所产生的渗流效应对超级电容器性能的影响,结果表明当透明度大于90%时,电容/能量将大幅衰减。此项研究对平衡透明度和电容性能之间的关系起到了重要作用。
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2023-06-30
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精确地定义超级电容器的热模型比较困难，因为这需要准确掌握器件的内部结构，而这往往是生产厂商不愿提供的。鉴于已知了超级电容器的运行机理和各组成部分，可以由每个部分的热容估算器件的整体热容。图9-5 超级电容器的热模型在这个实例中，三个超级电容器放置于同一块印制电路板上，并装在一个两边开口的碳纤维盒子里。同时，对每只超级电容器进行循环充放电，使充放电电流在串联阻抗上产生的损耗达到1.13W，每个充放电循环周期为2400s。......
2023-06-22
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使用循环伏安法在0～1.0 V的电压区间内分析了PPE纳米线阵列的电化学性能。另外，我们还进行了一项对照实验，以验证PPE纳米线阵列电化学性能的优势。三种纳米线阵列组成的电容器的电化学性能测试如图5.36所示。增强的电化学性能可归因于共聚带来的协同效应。图5.37所示为关于PPE纳米线阵列的恒流充/放电曲线的前20个循环，其显示了安全和良好的充/放电循环特性。......
2023-06-30
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为了定义超级电容器并归纳其特性和基本参数，图9-1给出了它的基本运行原理。目前使用的电解质可以提供2.5～3V的端电压。超级电容器的容值可从几法拉到千法拉，容值计算的依据是超级电容器的基本原理，即Helmholtz在1879年发明的双电层结构，如图9-2所示。电解质的作用是确保内部离子向电极的迁移率。由式（9-1）可知，双电层电容器的容值是与d成反比的，这也进一步增大了其电容值。......
2023-06-22
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一维聚合物纳米结构的组装对于功能组件的自下而上的制造具有重要的科学技术意义。迄今为止，一些科学家充分研究了将导电聚合物例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺及其衍生物用于电化学超级电容器电极材料。PPy、PTh和其他导电聚合物材料可能是更环保的“友好”系列，因此，在过去的几十年中，它们在电化学超级电容器应用中引起了越来越多的关注。高阶垂直排列的一维共聚物纳米线有望产生具有独特性能的新型分子聚集结构。......
2023-06-30
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由此可见，超级电容器组一般不能直接与负载连接，而是需要配置一个固态变换器作为与负载之间的功率接口，提升储能系统的电流值或电压值，以满足应用需求。此外，固态变换器还应该能够实现对超级电容器充放电电流的控制。另外，电感L用于平滑充放电电流Ic在其平均值附近的波动，减小因变换器高频运行所带来的高频电流分量。这样的一种变换器级联方式适用于输出电压Udc，有可能低于超级电容器组端电压Uc的情况。......
2023-06-22
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