中国有超级电容电池吗?
目前,超级电容器技术已经成为能源、电子等领域的重要前沿科技之一[1],具有广阔的应用前景. 与锂电池等充电电池相比,它具备耐高温、功率密度大、循环寿命长和自放电率低等优点;且与传统的磁性传感器等其他节能元件相比,它不仅体积小而且性能优越[2]。开发高性能的超级电容器成为当前研究的热点。 我国对超级电容器的研究起步较早,在七十年代就有相关的文献报道[3]。近年来,随着国家对于新能源产业的支持以及环保要求的提高,国内对超级电容器的研究热度逐渐升温。许多高校和企业都相继加入研究行列,并取得了大量的科研成果,但在实际应用方面与国外还存在较大差距 目前,国内外的厂商主要采用不同的电解质来制备超级电容器。其中,以水为介质的超级电容器因成本低、工艺简单而受到广泛的关注[4-6]。基于此,本文对水系超级电容器的相关研究进行论述。
1 电极材料的选择 对电极材料的考察主要是从比容量和倍率性能两个角度进行的。常用的电极材料包括活性炭、石墨、碳纤维、氧化汞、碳纳米管等.其中,由于活性炭具有丰富的微孔结构且来源广、价格低,故常被用作超级电容器电极材料[7] 实验所用活性炭采自山西,经水洗去除杂质后,于50℃下干燥24h,制得备用。 将活性炭粉未与去离子水按质量比为80:20混合均匀制成膏状物,然后将膏状物置于真空干燥器中,在80℃下真空干燥12h,即得到活性炭电极的活性物质。 利用交流阻抗谱仪(EIS)测试活性炭电极的倍率性能,电压范围为0~1.5V,电流密度分别为1mA/cm²和10mA/cm²。 结果表明,当电流密度为1mA/cm²时,该极的比容量为229F/g;当电流密度为10mA/cm²时,其比容量降低至148F/g,但均优于同类研究结果[8]。这主要是因为本实验所采用的活性炭原料含量较高且经过预处理所致。当外加电流强度增加时,活性炭的比容量减小,这主要是因为电流强度增加会导致阴极反应产生的氢气泡不能及时排除,从而减少了单位时间内析出的氢量,进而使比容量降低。 当电流强度较低时,负极反应可认为是一价金属离子通过中间体生成氢氧根离子的过程,因此反应速率取决于金属离子的扩散速率;而当电流强度较高时,阴极反应占主导地位,且生成的氢氧气泡会干扰到金属离子的扩散,故反应速率会明显下降 除了活性炭外,一些其它类型的氧化物也被用来作为电极材料。有研究者将三胺基丙基季铵溴化物复合氧化铁粉末与聚四氟乙烯乳液共同搅拌浸渍,再经过烘箱烘干,制得了用于制备高压固态电解液的氧化铁锂离子电池电极材 料。利用该电极材料制作成的电池在0.2C(电流密度为0.2mA/cm²)时的比容量高达148F/g。