聚苯胺超级电容器材料的工作电势范围

科研训练报告书

项目名称：聚苯胺超级电容器材料

学生姓名：陶学楷

学号：2012211927

专业班级：高分子材料与工程12-1班

指导老师：汪瑾

2014年 7 月 12 日

摘要：综述了超级电容器的分类、机理以及特性。阐述了超级电容器用导电聚

苯胺的现状和发展方向。并比较了超级电容器用聚苯胺的合成方法。同时表明不同的掺杂物种、掺杂方式对PANI的结构、稳定性的影响甚大

关键词：超级电容器；聚苯胺；比电容；循环特性

1. 背景知识介绍

超级电容器也称电化学超级电容器，是20世纪七八十年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，其具有法拉级的超大电容量，比同体积的电解电容器容量大2 000～6 000倍，功率密度比电池高10～100倍，具有工作温度范围宽、可大电流充放电、充放电效率高的优点，充放电循环次数可达10万次以上，循环效率高(大于99％)，并且免维护。超级电容器可广泛应用于机动车启动、电动工具、太阳能发电、电厂峰谷平衡、国防等领域，其优越的性能及广阔的应用前景受到了各个国家的重视[1-3]。

根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器和赝电

超级电容器是一种介于电池和传统电容器的一种新的储能器件,也叫电化学超级电容器。介绍了目前国内外的超级电容器电极材料的研究现状以及展望,如碳材料、金属氧化物、导电聚合物。

第 4第 6期 O卷

应

用

化

工

Vo . 140 No. 6

2 1年 6月 01

A p e h mia n uty p f d C e clId sr i

Jn 2 1 u .0 1

超级电容器电极材料的研究进展林立华，翠红闫勇，海云朱伟长郑，俞，(1安徽工业大学材料科学与工程学院，徽马鞍山 .安 2浙江省玉环县质量技术监督检测中心，江玉环 .浙 2 30; 4 0 2 37 0 ) 16 0

摘

要：级电容器是一种介于电池和传统电容器的一种新的储能器件，叫电化学超级电容器。介绍了目前国超也

内外的超级电容器电极材料的研究现状以及展望，如碳材料、属氧化物、电聚合物。金导 关键词：级电容器；材料；属氧化物；电聚合物超碳金导中图分类号：Q 10 4 T 5 .文献标识码： A文章编号：6 1— 2 6 2 1 )6—19 0 17 30 ( 0 1 0 0 5— 5

Re e r h o u e c p ct r a e i l s a c fs p r a a io s m t ra

一、超级电容器的发展与进步 （一）概述

在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。

电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。在电解质方面，超级电容

论超级电容器的原理及应用

摘要：超级电容器属于储能装置的一种升级版，其凭借着自身使用寿命长、功率密度高、充电迅速、使用温度宽等优点而被广泛应用。在本案，笔者就超级电容器的原理及应用为主要研究对象，探析了超级电容器的分类、原理、特点及应用。 关键字：超级电容器 赝电容器原理 特点及应用

超级电容器的发展始于上个世纪70年代-80年代，其为一种介于传统电容器与电池间的新型储能器件。相对于传统电容器，超级电容器具备电容量大（为2000-6000倍同体积电解电容器）、功率密度高（为10-100倍电池）、充放电电流量大、充放电循环次数高（大于105次）、充放电效率高、免维修等优点。在本案，笔者以超级电容器为研究对象，探析其原理、应用领域及应用效果。

一、超级电容器分类

就电极而言，超级电容器可划分为贵金属氧化物电极电容器、碳电极电容器及导电聚合物电容器。

就电能机理而言，超级电容器可划分为双电层电容器（电容产生机理为以电解液及电极上的电荷分离为基础双电层电容）、法拉第准电容(组成成分为贵金属氧化物及贵金属电极；电容产生机理为以电活性离子于贵金属电极表面欠电位沉积现象或于贵金属氧化物电极体相及表面因氧化还原反应为依据的吸附电容。与双电层电容相比较，吸

电化学工作站测试超级电容器

郑州世瑞思仪器科技有限公司 RST5200E电化学工作站提供了许多适合于超级电容器研究的电化学测试方法，如：“恒流限压快速循环充放电”、“微分电容-频率”、“线性扫描循环伏安法“交流阻抗谱”等，可对超级电容器进行深入的研究。

以前，人们大多用“电池循环充放电仪”对超级电容器进行充放电研究。随着超级电容器应用领域的不断扩展，特别是对快速充放电要求的提高，使得用电池测试仪器研究超级电容器显得力不从心。 对超级电容器实施快速循环充放电，需要设立一个限压换流模块，属于反馈控制。就是当采集单元检测到超级电容器两端的电压超越限定值后，立即通知驱动单元改变电流方向。

限压换流的过程必须快速，否则就控制不住了。在 RST5200E 电化学工作站中，限压换流功能由硬件实现，从而确保该反馈控制过程小于1mS。下表列出了一些电化学测试仪器的指标： 仪 器 普通电化学工作站 普通电池循环充放电仪 高档电池循环充放电仪 超级电容器

超级电容器专用系列活性炭

信息来源： 作 者： 发表日期：2008-10-26 10:31:48

超级电容器是20世纪80年代开始出现的物理电源储存新技术，它与化学二次蓄电池的储能概念完全不同，超级电容器

全是电能的仓库，在其充、放电过程中根本不存在化学反应，所以它在储存电能时具有充电速度快（10-15分钟），不怕过充断电源和大电流、低电压电路中的不可缺少的元器件。此种电源、电池无污染，是绿色环保产品的高科技产品。 极表面积。为此必须采用高性能专用活性炭制作的多孔化电极。活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积，可以达到

放电，电能有效利用率最高可达95%以上，（一般现有蓄电池仅为70%左右），使用寿命长，可充放电5-10万次，是诸多不

根据电容器的原理，电容量取决于电极表面积，为了得到如此大的电容量，超级电容器尽可能地缩小电极间距离、增加

2000m2/克，与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，两极板的表面积越大，则电容量越大。因此，一般双电

电容器容量很容易超过1F，它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3～4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容

可达5000F。因而这种结构的超级电容器具有极大的电容量并可以存储很大的

超级电容器专用系列活性炭

信息来源： 作 者： 发表日期：2008-10-26 10:31:48

超级电容器是20世纪80年代开始出现的物理电源储存新技术，它与化学二次蓄电池的储能概念完全不同，超级电容器

全是电能的仓库，在其充、放电过程中根本不存在化学反应，所以它在储存电能时具有充电速度快（10-15分钟），不怕过充断电源和大电流、低电压电路中的不可缺少的元器件。此种电源、电池无污染，是绿色环保产品的高科技产品。 极表面积。为此必须采用高性能专用活性炭制作的多孔化电极。活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积，可以达到

放电，电能有效利用率最高可达95%以上，（一般现有蓄电池仅为70%左右），使用寿命长，可充放电5-10万次，是诸多不

根据电容器的原理，电容量取决于电极表面积，为了得到如此大的电容量，超级电容器尽可能地缩小电极间距离、增加

2000m2/克，与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，两极板的表面积越大，则电容量越大。因此，一般双电

电容器容量很容易超过1F，它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3～4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容

可达5000F。因而这种结构的超级电容器具有极大的电容量并可以存储很大的

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

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《电容器和电容》教案

《电容器和电容》教案 一、教学目标 【知识与技能目标】

1.知道什么是电容器并分析其充电、放电过程。

2.理解电容器的电容概念及其公式，并能用来进行有关的计算。 【过程与方法目标】

学会控制变量法的实验方法，提高学生综合运用知识的能力。 【情感态度价值观目标】

结合实际，激发学生学习物理的兴趣，培养学生热爱科学，积极向上的情感。 二、教学重、难点 【重点】

电容的概念、公式及其单位 【难点】

电容器的充电和放电的过程分析 三、教学过程 环节一：导入新课

直接导入：今天我们来学习一种全新的物理元件，叫做电容器。 举例：水杯。这是一种盛水的容器，那么电容器其实也是一种容器，只不过它是用来装电荷的容器。 环节二：导出概念 电容器 【实物体验】

在我们的日常生活中，哪些电器中用到了电容器? 教师用多媒体课件展示各种电器的图片。

请学生思考：这么多的电器中用到了电容器，电容器是什么样的元件?它的基本构成是怎样的? 环节三：明确概念 【定义概念】

电容器：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质―电解

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质，就组成了一个最简单的电容器。实际上，任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成

电化学工作站测试超级电容器

郑州世瑞思仪器科技有限公司 RST5200E电化学工作站提供了许多适合于超级电容器研究的电化学测试方法，如：“恒流限压快速循环充放电”、“微分电容-频率”、“线性扫描循环伏安法“交流阻抗谱”等，可对超级电容器进行深入的研究。

以前，人们大多用“电池循环充放电仪”对超级电容器进行充放电研究。随着超级电容器应用领域的不断扩展，特别是对快速充放电要求的提高，使得用电池测试仪器研究超级电容器显得力不从心。 对超级电容器实施快速循环充放电，需要设立一个限压换流模块，属于反馈控制。就是当采集单元检测到超级电容器两端的电压超越限定值后，立即通知驱动单元改变电流方向。

限压换流的过程必须快速，否则就控制不住了。在 RST5200E 电化学工作站中，限压换流功能由硬件实现，从而确保该反馈控制过程小于1mS。下表列出了一些电化学测试仪器的指标： 仪 器 普通电化学工作站 普通电池循环充放电仪 高档电池循环充放电仪 超级电容器