matériau d'électrode de supercondensateur - matériau à double couche

2019-12-16

comme l'un des composants principaux du supercondensateur, les performances du matériau d'électrode déterminent directement les performances globales de l'appareil. les matériaux d'électrode sont principalement divisés en couche double et les matériaux pseudocondensateurs.


les principaux matériaux utilisés pour le supercondensateur à double couche sont des matériaux à base de carbone, y compris le charbon actif, le nano carbone , graphène etc. les matériaux à base de carbone ont un faible coût, une grande stabilité et une conductivité élevée. de plus, sur la base du mécanisme de double stockage d'énergie électrique de l'adsorption physique, leur densité de puissance est très élevée, et le courant de sortie peut atteindre plusieurs centaines d'ampères (la tension de sortie est d'environ 3v). par conséquent, les matériaux à base de carbone à haute performance sont toujours l'un des points chauds de la recherche scientifique et de l'application commerciale. pour les matériaux à base de carbone conventionnels, l'adsorption des ions d'électrolyte ne se produit qu'à la surface de l'électrode pendant la charge, tandis que les matériaux internes ne sont souvent pas pleinement utilisés. en outre, l'adsorption physique elle-même est limitée, de sorte que la densité d'énergie de ces matériaux d'électrode est souvent très faible.

activated carbon for supercapacitor
nano carbon for supercapacitor
graphene for supercapacitor
charbon actif
nano carbone
graphène


le supercondensateur est fait de charbon actif comme matériau d'électrode et li 2 donc 4 comme électrolyte. lorsque la puissance de sortie est de 200 w / kg, la densité d'énergie est de 16,9 wh / kg. lorsque la densité de puissance de sortie est augmentée à 4 kw / kg, la densité d'énergie est réduite à 8,4 wh / kg. les facteurs clés pour améliorer la densité d'énergie des matériaux à base de carbone sont d'augmenter la surface spécifique, d'améliorer la distribution de la taille des pores, d'ajuster la taille des particules et de modifier l'état de surface. un matériau de carbone mésoporeux hautement ordonné avec une surface spécifique élevée, une taille de pore réglable et une surface fonctionnelle a été synthétisé en utilisant de la silice mésoporeuse 3D avec une taille de pore différente comme modèle et une boisson gazeuse expirée comme source de carbone. le matériau a d'excellentes propriétés telles qu'une surface spécifique élevée (1400-1810m 2 / g), grand volume de pores (1,45-2,81 cm 3 / g) et taille de pore réglable (3,5-5,2 nm). l'électrode est réalisée à un courant de 1 a / g, la capacité spécifique la plus élevée est de 284 f / g à la densité.


la nano feuille de carbone poreuse avec une structure de trame d'échafaudage tridimensionnelle a été préparée en utilisant du yuqian comme source de carbone. la capacité spécifique du matériau en électrolyte koh est de 470 f / g, et la densité d'énergie est d'environ 11 wh / kg. cinq types de déchets de thé ont été carbonisés à haute température, puis activés par une solution de koh. une sorte de charbon actif amorphe d'une surface spécifique de 2245-2481 m2 / g a été obtenue. en utilisant ce matériau comme électrode et koh comme électrolyte, la capacité spécifique du supercondensateur était jusqu'à 330 f / g à la densité de courant de 1 a / g, et la stabilité du cycle était excellente. les nanotubes de carbone (cnts) sont une sorte de matériau de carbone tubulaire creux sans soudure à l'échelle nanométrique, qui peut être considéré comme du graphite recourbé, et peut être divisé en nanotubes de carbone à paroi simple (swcnts) et en nanotubes de carbone à parois multiples (mwcnts). les nanotubes de carbone sont considérés comme les matériaux d'électrode les plus idéaux pour les supercondensateurs en raison de leur conductivité élevée et de plus de 2 nm de diamètre de pore. en plus de la fin, presque tous les atomes de carbone dans les nanotubes de carbone idéaux doivent être liés sous la forme d'hexagones. cependant, de nombreux pentagones et hexagones seront introduits dans la production de masse, ce qui réduit considérablement les performances, et il y a un phénomène d'autodécharge et d'agglomération après la fabrication de l'électrode. la solution courante consiste à activer la surface du matériau d'électrode cnt pour améliorer son hydrophilie, ou à composer avec un matériau d'oxyde métallique pour compenser les défauts. mwcnts est utilisé comme électrode pour former un super condensateur, la capacité spécifique est de 62,9 f / g à une densité de courant de 1 a / g et la capacité spécifique de l'électrode composite mos 2 / mwcnts est considérablement augmentée à 452,7 f / g après mélange avec du disulfure de molybdène .


le graphène est également largement utilisé dans les supercondensateurs. le graphène est un matériau bidimensionnel monocouche avec une surface spécifique théorique de 2630 m 2 / g, haute stabilité, capacité spécifique supérieure à 200 f / g, excellentes caractéristiques de puissance et stabilité de cycle. une sorte de film mince de graphène haute densité (hdgf) a été préparée en écrasant simplement le film mince d'oxyde de graphène thermo-réduit en petits morceaux. ce type de film mince de graphène a rompu la continuité du film mince de graphène tout en maintenant sa structure compacte, et a réalisé une densité de compactage élevée et une transmission rapide des ions et des électrons. le hdgf préparé a une capacité spécifique de masse élevée (237 f / g) et une capacité spécifique de volume (261 f / cm3) en même temps une nd excellente stabilité de cycle de 98% de capacité initiale après 10000 cycles.


en fait, le matériau à base de carbone est un excellent matériau actif pour tout type de supercondensateur. cependant, il y a encore des lacunes dans les supercondensateurs à base de carbone basé sur la discussion ci-dessus :

1. faible capacité spécifique

2. faible densité énergétique

3. faible sélectivité.

la première déficience est généralement causée par la faible utilisation de la surface et la répartition inégale des pores des matériaux à base de carbone. les solutions courantes incluent une sélection flexible de la source de carbone, une conception ingénieuse de la voie du processus, une utilisation raisonnable des modèles et d'autres méthodes, et le développement de nouveaux matériaux à base de carbone avec une morphologie de surface unique, des pores uniformes, une bonne dispersion et un degré élevé d'infiltration d'électrolyte.


le deuxième problème peut être amélioré en développant de nouveaux matériaux pour agrandir la capacité spécifique, en choisissant un électrolyte approprié pour agrandir la fenêtre potentielle et en fabriquant un supercondensateur asymétrique avec des matériaux de pseudo-condensateur.

le troisième inconvénient est qu'il y a moins de types de matériaux à base de carbone que les matériaux à pseudo-condensateur. la solution est de réaliser le composite de matériaux et de développer différents systèmes de matériaux de manière flexible en fonction des différentes situations en utilisant les avantages des différents matériaux.

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