超级电容器电极材料制备原料对比

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇超级电容器电极材料制备原料对比范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

Contrast of Preparation Material of Electrode Materials for Supercapacitor

Cheng Shaobo； Kang Shuai

（School of Materials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China）

摘要：超级电容器以其诸多优良特性而得到越来越广泛的应用。超级电容器性能主要取决于电极材料，电极材料制备原料有多种，本文列举了其中三种，分别对其特点进行描述，并展望了超级电容器的应用前景。

Abstract: The super-capacitors are more widely used for its many fine features. The performance of supercapacitors mainly depends on electrode materials. The preparation materials of electrode materials is various. This paper listed three of them, respectively described their characteristics and look for applications of supercapacitor.

关键词：超级电容器 电极材料 活性 原料

Key words: supercapacitor；electrode material；activity；materials

中图分类号：TM53文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）15-0053-01

0引言

物理学家Helmholtz，Gouy，Chapman等先后发现并且证实，当把金属板或者其他导电体浸入电解质溶液中时，会在电极界面两侧形成稳定的、符号相反的正、负电荷层，即双电层。根据电化学界面的双层原理设计了电化学双电层电容器，也称为超级电容器，这是一种比容量为普通电容器的20~200倍，比功率通常大于1000W/kg，循环寿命大于105次，可进行快速充放电，兼有电池高比能量和传统电容器高比功率的新型储能装置[1]。本文列举了现今常用的制备超级电容器电极材料的三种原料：利用竹子、椰壳、稻壳制备，并对比了他们各自的特点。

1电极材料制备原料

1.1 竹基多孔炭超级电容器竹子生长迅速，成材很快，是木材短缺情况下的主要替代性资源。竹材经高温热解得到竹炭，是对竹材资源的有效利用，是竹材工业化的一个发展方向[2]。竹材具有特殊的空隙构造，经过高温热处理形成的竹炭继承了其原有的大空隙结构特征。孔径主要分布在0.55~5.5μm之间[3]。化学活化竹炭所得材料的比表面积高，约为2200m2/g。该方法主要受到我国竹类资源分布不均的限制。全国竹类植物共有48个属，500多种。这些竹种分布在北纬40°以南的广大国土上。由于各地气候、土壤、地形的变化和竹种本身种属特性的差异，中国竹子分布具有明显的地带性和区域性。

1.2 椰壳活性炭基超级电容器椰壳活性炭用于超级电容器的性能较好，是比较适合工业生产的多孔炭材料之一。由椰壳制备得到的活性炭其体积密度为0.37g/cm3，颗粒大小为4.8μm，BET比表面积1660m2/g，总空隙体积为0.85cm3/g，中孔体积0.21cm3/g[4]。测得的椰壳活性炭的比容量值对其1660m2/g的比表面积而言并不大，这表明其表面积并没有得到充分的利用；比能量密度、比功率密度等性能还有待提高。该方法也受到我国椰壳资源分布不均的限制。椰子对生活环境的要求很高。椰子为热带喜光作物，在高温、多雨、阳光充足和海风吹拂的条件下生长发育良好。最适生长温度为26-27℃。一年中若有一个月的平均温度为18℃，其产量则明显下降，若平均温度低于15℃，就会引起落花、落果和叶片变黄主要分布在南北纬20°之间，尤以赤道滨海地区分布最多。此外椰壳产量小也是影响其应用的主要因素之一。

1.3 稻壳活性炭基超级电容器以稻壳为原料，可以制备出中孔发达的高比表面活性炭。在化学活化法的工艺条件下制备的稻壳活性炭比表面积高达2164m2/g，中孔含量达到61.15%，平均孔径2.6nm，样品的碘吸附值达到1471mg/g，亚甲兰吸附值达到525mg/g[5]。稻谷是我国最主要的粮食作物之一，目前，我国水稻的播种面积约占粮食作物总面积的1/4，产量约占全国粮食总产量的1/2，在商品粮中占一半以上，产区遍及全国各地。稻壳是稻米加工过程中数量最大的副产品，按重量计约占稻谷的20%。以2008年世界稻谷年产量6.66亿吨计，世界年产稻壳约1.332亿吨。我国2008年稻谷年产量为1.930亿吨，年产稻壳约为3860万吨，稻壳的饲用营养成分含量很低，再加上稻壳表面木质素排列整齐密实，将粗纤维紧紧包围住，所以动物吃了不易消化，总消化率只能达到5％-8％。大量的稻壳资源只能浪费。利用稻壳为原料制备超级电容器用活性炭材料，充分利用了来源广泛，成本低廉的稻壳资源，而且得到的活性炭性能优异，是上述三种制备原料中最有推广价值的。

2活性炭的拓展应用

超级电容器的应用十分广泛，可以被用做UPS电源，可以和电池连用为通讯产品、电动车等电子设备提供必须的瞬时大电流脉冲，可以作为燃料电池车紧急刹车时电力系统过量电荷的存储元件，也可以取代电池作为记忆存储元件等等[6-7]。由于超级电容器可以快速充放电，且循环寿命长，适用温度范围宽，自放电小，因而可以用在太阳能路灯，草坪灯，交通信号灯，电动玩具等产品中。超级电容器也可以用作备用电源，当主电源出现故障、因振动而接触不良或需要更换电源时，备用的超级电容器可自动发挥作用，提供稳定的能量输出，应用于照相机、智能燃气表、多功能电话机、汽车音响、光盘可读机、充电式数字万用表、电梯等产品中。由于超级电容器充放电迅速，工作温度范围较宽，循环寿命长，基本不需要维护，因此可以作为潜艇、船只以及车辆的主辅电源，坦克、装甲车等的超低温启动电源，航天器、雷达等的动力电源，野战医院医疗器械的主辅电源，单兵小型电台的主辅电源等[8]。

3结论

制备活性炭的原料来源非常丰富，除了常用的石油、煤等不可再生资源，竹子、椰壳、稻壳等都可以用来制备活性炭粉。近年来的研究表明，稻壳更易于制备高比表面积的活性炭，而且稻壳相对于另外两种原料，具有分布广泛，成本低廉等特点，是一种值得推广的制备活性炭的原料。表面积和孔径分布是影响活性炭性能最重要的两个因素，研制高比表面和高中孔含量的活性炭是开发高比能量和高比功率超级电容器的关键。以上三种原料均可制得具有高比表面积和高中孔含量的活性炭。超级电容器以其高功率密度、极长的使用寿命、超短的充电时间、高可靠性、免维护等诸多优良特性而得到越来越广泛的应用，极具发展潜力。

参考文献：

[1]肖超，唐斌，吴孟强，等.超级电容器电极材料的研究进展[J].绝缘材料，2007，40（1）44：47.

[2]蒋树海，张齐生等.竹炭材料的有效利用理论与应用进展研究[J].东北林业大学学报.2002.30（4）：53-56.

[3]江泽慧，张东升等.炭化温度对竹炭微观架构及电性能的影响[J].新型炭材料.2004.19（4）：249-253.

[4]周鹏伟，李宝华等.椰壳活性炭基超级电容器的研制与开发[J].新型炭材料.2006.21（2）：125-131.

[5]荆汝壹.超级电容器用碳电极材料的制备及性能研究[D].

[6]Arbizzani C，MastragostinoM，Soavi F.New trends in electro-chemical supercapacitors[J].J Power Sources，2001（100）：1642170.

[7]Adhyapak P V，Maddanimath T，Pethkar S，et al.Application of electrochemically prepared carbon nanofibers in supercapacitors[J].J Power sources，2002（109）：1052110.

[8]王然，苗小丽.大功率超级电容器的发展与应用[J].电池工业，2008，13（3）：191-195.