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案例6 超级电容器的电极充放电过程分析
2022-11-17  
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背景知识

在一般的化学储能电池中,电极的电容较小,主要以活性物质的化学反应储能为主,储能密度较高但功率密度较低。有一类电极以电极电容作为主要储能方式,基本不发生电化学反应,储能密度相对较低但功率密度可以达到非常高的水平,成为超级电容器。超级电容器介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性。

与蓄电池和传统物理电容器相比,超级电容器的特点主要体现在:

(1)功率密度高。可达102104kW/kg,远高于蓄电池的功率密度水平。

(2)循环寿命长。在几秒钟的高速深度充放电循环50万次至100万次后,超级电容器的特性变化很小,容量和内阻仅降低10%20%

(3)工作温限宽。由于在低温状态下超级电容器中离子的吸附和脱附速度变化不大,因此其容量变化远小于蓄电池。商业化超级电容器的工作温度范围可达-40℃~+80℃。

(4)免维护。超级电容器充放电效率高,对过充电和过放电有一定的承受能力,可稳定地反复充放电,在理论上是不需要进行维护的。

(5)绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害的化学物质,且自身寿命较长,因而是一种新型的绿色环保电源。

案例正文

本项目通过展示超级电容器的典型充放电曲线和充放电示意图,旨在让学生充分理解电极双电层微观结构和电位变化的全过程,让学生理解电极电容在新能源领域的应用。本案例以活性碳和苯胺单体为原料,采用在活性炭表面单体聚合聚苯胺的方法制备活性炭/聚苯胺复合材料,研究组成配比等因素对复合材料电容性能的影响。所得其充放电曲线和比电容/比电流关系如图1所示。

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