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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：279發(fā)布時(shí)間：2021-11-29
大多數(shù)批量生產(chǎn)的商用超級(jí)電容器都是使用活性炭作為主要成分?；钚蕴靠梢詮木哂懈咛亢康脑S多不同材料中得到，包括木炭，椰殼和果殼。見(jiàn)的是通過(guò)在600-900℃的無(wú)氧環(huán)境中對(duì)原料進(jìn)行熱處理以將其炭化，然后在相似的溫度范圍內(nèi)將其放入熱蒸汽中活化。第二個(gè)過(guò)程是激活炭的比表面積使其內(nèi)部產(chǎn)生大量的孔隙結(jié)構(gòu)，小體積的孔(通常直徑小于10nm)。這種孔隙率賦予材料巨大的比表面積，韓研的特殊制造方法可以超過(guò)2000m 2 /克。此外，由于來(lái)自sp2鍵合的原子的離域π電子，活性炭具有大的導(dǎo)電性。這些特性使其非常適合雙層電容應(yīng)用。一個(gè)典型的現(xiàn)成的超級(jí)電容器的基礎(chǔ)上活性炭和有機(jī)液體電解質(zhì)具有特定的電容(即，每單位質(zhì)量的電化學(xué)活性物質(zhì)的電容)為25-30F / g。
活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)
什么是超級(jí)電容器，它如何工作?
超級(jí)電容活性炭是超級(jí)電容器的材料，超級(jí)電容器(也稱為超級(jí)電容器或電化學(xué)電容器)是一種類型的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存裝置的。它表面上類似于常規(guī)電容器，因?yàn)樗梢粚?duì)平行板電極組成，但不同之處在于兩個(gè)電極被電解質(zhì)溶液而不是固體電介質(zhì)分離。通常但并非總是這兩個(gè)電極是相同的，并且在它們之間放置離子可滲透分離器以防止它們彼此接觸并產(chǎn)生短路。當(dāng)器件上施加電壓時(shí)，正電荷收集在一個(gè)電極上，負(fù)電荷收集在另一個(gè)電極上。對(duì)于傳統(tǒng)電容器，這是故事的結(jié)尾。然而，在超級(jí)電容器中，每個(gè)帶電極的電極將吸引來(lái)自電解質(zhì)溶液的相反電荷的物質(zhì)，其平衡電極的電荷。直接吸附在電極表面上的物質(zhì)形成所謂的“內(nèi)亥姆霍茲平面"，主要是極化溶劑分子，一些離子失去了它們的溶劑化殼。過(guò)去這是一個(gè)稱為“外亥姆霍茲平面"的層，由與電極相反的電荷的溶劑化離子組成。這種電極 - 電解質(zhì)界面處的電荷分離被稱為“雙電層效應(yīng)"，是存儲(chǔ)電能的方法。由于電位下降主要局限于該范圍為0.1?10nm的區(qū)域，相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為每千瓦數(shù)千伏，
充電超級(jí)電容器的一個(gè)電極中雙層形成和電勢(shì)分布的圖示。
雙層機(jī)制意味著每單位電壓(即電容)存儲(chǔ)的電荷量與電極的界面面積成比例。因此，超級(jí)電容器電極所需要高品質(zhì)的活性炭，一般是看活性炭比表面積和電阻值，所需活性炭最小值都要1000m2的表面積電阻越小越好。
與通過(guò)電解質(zhì)中的Li +離子和每個(gè)電極之間的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)儲(chǔ)存能量的鋰離子電池不同，超級(jí)電容器中的能量存儲(chǔ)本質(zhì)上是靜電的。沒(méi)有反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的限制因素和通過(guò)體電極的離子傳輸材料，超級(jí)電容器的充電和放電速度比鋰離子電池快兩個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，電池電極中鋰的重復(fù)嵌入/脫嵌可以產(chǎn)生限制其使用時(shí)間的有害副產(chǎn)物和循環(huán)應(yīng)力。超級(jí)電容器不會(huì)面臨這些問(wèn)題，可以持續(xù)數(shù)十萬(wàn)次充放電循環(huán)，也不會(huì)明顯感覺(jué)損耗電容量。另一方面，超級(jí)電容器通常對(duì)電池具有較差的電荷存儲(chǔ)能力; 超級(jí)電容器的能量密度小于10Wh / kg，而鋰離子電池的平均功率為150Wh / kg。
超級(jí)電容器的應(yīng)用
好的活性炭制造出的*電容器具有穩(wěn)定性和快速存儲(chǔ)和釋放電荷的機(jī)制，因此超級(jí)電容器非常適用于需要大功率(大量電流在短時(shí)間內(nèi)傳輸)的應(yīng)用。例如，他們可以從汽車或火車的重復(fù)制動(dòng)中恢復(fù)能量，大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)，雷達(dá)脈沖和太陽(yáng)能供電的能量存儲(chǔ)LED路燈。超級(jí)電容器還可以作為電源緩沖器，減輕高峰的影響和短暫的電流中斷。它們已經(jīng)被用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)執(zhí)行器中的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器模塊和變槳控制系統(tǒng)的備用電源。
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