简短的评论

数量:12 (4)DOI: 10.37532/0974——7540.22.12.4.249

• 查看PDF
• 下载

不对称的活性炭/活性炭电容器设计

*通信:

加里·卢
编辑部,电化学的研究和评论,英国
电子邮件:electro.med@scholarres.org

文摘

超级电容器是能源存储设备,当与电池相比,具有很高的功率密度,但一个低能源密度。他们的低能源密度可以克服采用非对称配置质量电极,在电极是其最大潜在可用的窗口内,导致系统的最大电压输出。电极的电容和潜在的稳定极限是用来优化这样的非对称电容器,设计的可靠性很大程度上取决于准确性和方法用于电化学表征。因此,如果一个深思熟虑的过程不是之后,性能可能会低于预期,系统可能会失败。

介绍

之间的静电相互作用发生的偏振表面多孔碳电极和电解质的离子形成双电层负责能源在超级电容器存储机制。这个存储机制响应快的变化潜在应用于电极(即。,充电/放电比电池和设备)燃料细胞。因此,超级电容器可以在几分钟内,有传统的二次电池和超级大国特征燃料电池,使用寿命长。基于上述,超级电容器可以用来提供一个高功率需求在短时间内,在不损坏电力火车系统,当混合动力燃料电池汽车加速和恢复能源当他们刹车。广泛的商业化是他们的主要障碍低能源密度,这是由电极的电容和电池的电压。增加应用程序可以使用超级电容器,电容电极的材料或设备的工作电压必须增加。因此,有大量的作品旨在增加电极的电容和潜在的窗口和溶剂。

一个电极的电容是可用的表面积成正比的形成双层和离子之间的距离成反比,电极的极化。电极的孔隙度的润湿性有关可用的表面积,这结果的结合,一方面,溶剂的极性和大小的分子和离子组成的电解液,,另一方面,孔隙的大小和表面化学电极。为了避免离子筛分效果和改善表面电容,电极必须相似大小的孔的离子电解液。此外,电极的表面化学溶剂的相匹配,将帮助提供高孔隙表面的润湿性。此外,感应电流的反应涉及到电极的表面组织可以通过“伪电容”导致电容的贡献。这种贡献可以提高某些先进碳材料的电容,而最常见的aqueous-based电解质,它也可以提高organicbased电解质的电容。多孔碳材料是最好的适合材料实现高电容,因为他们结合高导电性,化学和物理稳定性和可调的孔隙结构和表面化学、允许电极准备定制属性最大化产生的电容。

超级电容器的工作电压是主要取决于电解液配方中使用的溶剂。最常用的电解质可容忍的工作电压约1 V aqueous-based电解质,电解质organicbased 2.5 - -2.7 V, 4.0 V以上离子液体电解质。有机电解质用于捕集的大部分商业设备由于其高电压和高具体能源比水系统。尽管如此,有机基质系统功率系数低于水性电解质超级电容器,和水系统将比经济、毒性和环境的原因。值得注意的是,碳材料的表面化学潜力可以通过调优提供一个在溶剂分解,被用来实现更大的操作电压windows水媒体。这种效应在中立的媒体,尤其明显的允许电压为2.0 V,这环保,安全,有效的电解液的可行性。

除了材料和电解质,可以提高超级电容器的设计策略能源密度、混合和不对称等配置。混合设计支持使用伪电容和电容电极在相同的设备。这种组合利用伪电容材料的高功放,同时增加操作电压窗口和细胞电容通过仔细选择多孔碳材料作为伪电容的电极材料和没有氧化还原的贡献低稳定。这个配置已经被用于创建结合锂离子电容器活性炭电极与石墨或水晶夹层化合物。宽电压也可以实现水性电解质电容器通过结合活性炭电极与电极的过渡金属氧化物和导电聚合物支持碳材料位于相同的单元中。不对称配置,另一方面,可以由结合两种不同的多孔碳材料在一个设备或使用相同的多孔碳材料在电极但不同电极重量。抗酸可以增加超级电容器的工作电压1.6 V使用激活碳和优化为每个电极表面化学在第一种情况下,而在中性水溶液电解质可以达到杰出的电压值高达2.0 V。最后,一个细胞设计基于质量不对称电极采用相同材料制作是最具成本效益和劳动密集型的方法增加超级电容器能源密度。它只需要使用两个不同的权重对于每个电极,使其容易实现在两个实验室和商业超级电容器的制备。该方法包括三个步骤:

(i)上执行多孔碳材料的电化学表征潜在的窗口,它将作为一个积极的还是消极的电容器电极,(2)确定重量电容和电化学稳定窗口为每个电极和(iii)调整正负电极的重量比,以充分利用可用的电化学稳定窗口。这个策略已经成功地应用在各种场景中,包括不对称在材料混合电容器,电容器和非对称电容器质量。