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電極和電解質(zhì)是超級電容器的重要組成部分，其種類和性質(zhì)直接影響超級電容器的各方面性能。本書在介紹超級電容器的基本概念和研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，著重對超級電容器的電極材料及電解質(zhì)的種類、特點(diǎn)、制備方法和發(fā)展應(yīng)用等進(jìn)行闡述。電極材料涉及碳基電極材料、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物等；電解質(zhì)包括水系電解液、有機(jī)電解液、離子液體電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)等。全書取材豐富，在介紹傳統(tǒng)電容器材料的同時，注意吸收當(dāng)今電容器領(lǐng)域的*成就，運(yùn)用大量圖表對這些材料進(jìn)行較為全面的概述和反映。本書適合企業(yè)、科研院所等從事電容器研究和生產(chǎn)的科技人員閱讀，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生學(xué)習(xí)參考。

超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池之間的一種新型儲能裝置，其比容量通常為傳統(tǒng)電容器的數(shù)十倍至幾百倍，比功率一般大于1000W·kg-1，循環(huán)壽命可高達(dá)百萬次，容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電容，并且可以快速地進(jìn)行充/放電。而且超級電容器對環(huán)境友好、污染小，是一種高效、實(shí)用、環(huán)保的綠色能量儲蓄裝置。在電子、軍事、新能源等高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，尤其是在新能源領(lǐng)域所表現(xiàn)出的巨大潛力，使很多發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)把超級電容器項(xiàng)目作為國家重點(diǎn)研究和開發(fā)項(xiàng)目，超級電容器的相關(guān)研究及市場化進(jìn)程正呈現(xiàn)出前所未有的飛速發(fā)展態(tài)勢。超級電容器的性能主要由電極和電解質(zhì)兩種關(guān)鍵材料的性能水平所決定。根據(jù)電容器的作用原理不同，通�？煞譃殡p電層超級電容器和贗電容超級電容器兩大類。在雙電層超級電容器中，其電極材料通常以碳基材料為主，如：活性炭、碳?xì)饽z、活性炭纖維材料、碳納米管、石墨烯等。而贗電容超級電容器的電極材料，正極一般采用金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔�，常見的金屬氧化物有NiOx、MnO2、Co3O4等，導(dǎo)電聚合物有PPy、PTh、PANi、PAS、PFPT等，經(jīng)p型或n型或p/n型摻雜制備電極；負(fù)極材料通常采用活性炭等。超級電容器的電解質(zhì)通常包括水性電解質(zhì)和有機(jī)電解質(zhì)兩種。水性電解質(zhì)有酸性、堿性、中性之分，不同特性的電解質(zhì)組成也不相同。有機(jī)電解質(zhì)一般選擇鋰鹽、季銨鹽等作為電解質(zhì)，并根據(jù)使用需要添加PC、ACN、GBL、THL等溶劑。隨著人們對于超級電容器研究的不斷深化，各種新型、高性能或具有特定效能的電極材料和電解質(zhì)不斷出現(xiàn)，也在不斷提升著超級電容器的性能，以適應(yīng)目前在新能源、軍事、航空航天、電動汽車等新應(yīng)用領(lǐng)域的需要。鑒于此，本書編者基于超級電容器中最關(guān)鍵的電極材料和電解質(zhì)的相關(guān)理論和應(yīng)用進(jìn)展，并根據(jù)多年從事超級電容器相關(guān)材料研究的科研經(jīng)驗(yàn)，特向感興趣的讀者們推出這本反映超級電容器關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展的圖書，期望能拋磚引玉，為超級電容器的相關(guān)發(fā)展盡綿薄之力。在本書的編寫過程中，參考了很多相關(guān)的文獻(xiàn)和資料，在此對這些文獻(xiàn)和資料的作者表示衷心的感謝！特別感謝在編寫過程中，渤海大學(xué)王秀麗教授、蔡克迪教授、王桂強(qiáng)教授的指導(dǎo)與幫助。參與本書編撰工作的還有劉凡、徐君君、張鑫源、郭景陽、張文博、徐童童、楊慧歌、修思琦、陶明松、邸陽。超級電容器的理論和技術(shù)一直在飛速發(fā)展，由于編寫時間和編者水平有限，書中可能有很多不足之處，敬請廣大專家、讀者不吝批評指正。編者2017年12月

第1章超級電容器簡介001

1.1電容器的歷史發(fā)展001

1.2超級電容器的定義及特性002

1.2.1超級電容器定義002

1.2.2超級電容器特性002

1.3超級電容器的組成003

1.3.1電極材料003

1.3.2電解液004

1.4電容器的分類007

1.5應(yīng)用008

1.5.1電子行業(yè)008

1.5.2電動汽車及混合動力汽車008

1.5.3太陽能、風(fēng)能發(fā)電裝置輔助電源009

1.5.4軍事、航空航天009

參考文獻(xiàn)009

第2章碳基電極材料011

2.1活性炭011

2.1.1活性炭的結(jié)構(gòu)012

2.1.2活性炭的性能特點(diǎn)013

2.1.3活性炭的制備013

2.1.4活性炭改性017

2.1.5活性炭在超級電容器中的應(yīng)用019

2.2活性炭纖維023

2.2.1活性炭纖維的結(jié)構(gòu)023

2.2.2活性炭纖維的性能及特點(diǎn)024

2.2.3活性炭纖維的制備025

2.2.4活性炭纖維的功能化026

2.2.5活性炭纖維在超級電容器中的應(yīng)用028

2.3碳?xì)饽z029

2.3.1碳?xì)饽z的結(jié)構(gòu)029

2.3.2碳?xì)饽z的性能030

2.3.3碳?xì)饽z的制備031

2.3.4碳?xì)饽z在超級電容器中的應(yīng)用033

2.4碳納米管035

2.4.1碳納米管的結(jié)構(gòu)035

2.4.2碳納米管的性能036

2.4.3碳納米管的制備038

2.4.4碳納米管在超級電容器中的應(yīng)用040

2.5石墨烯042

2.5.1石墨烯的結(jié)構(gòu)042

2.5.2石墨烯的種類及定義043

2.5.3石墨烯的性質(zhì)044

2.5.4石墨烯的制備045

2.5.5石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用049

參考文獻(xiàn)054

第3章金屬氧化物062

3.1貴金屬氧化物062

3.1.1晶態(tài)氧化釕電極材料和無定形水合氧化釕電極材料063

3.1.2二氧化釕/碳復(fù)合電極材料063

3.1.3二氧化釕/導(dǎo)電聚合物復(fù)合電極材料064

3.1.4二氧化釕/其他氧化物復(fù)合電極材料064

3.2過渡金屬氧化物/氫氧化物065

3.2.1氧化鎳065

3.2.2氧化鈷和氫氧化鈷066

3.2.3氧化錳067

3.2.4氧化鐵068

3.3金屬氧化物復(fù)合材料069

3.3.1不同金屬氧化物復(fù)合材料069

3.3.2碳/金屬氧化物復(fù)合材料070

參考文獻(xiàn)072

第4章導(dǎo)電聚合物075

4.1導(dǎo)電聚合物電極材料075

4.2導(dǎo)電聚合物電極材料的儲能機(jī)理076

4.3導(dǎo)電聚合物電極材料的種類078

4.3.1復(fù)合型導(dǎo)電聚合物078

4.3.2結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物079

4.4導(dǎo)電聚合物電極材料的合成方法083

4.4.1化學(xué)合成法083

4.4.2電化學(xué)合成法084

4.4.3光化學(xué)法084

4.4.4復(fù)分解法085

4.4.5濃縮乳液法085

4.4.6等離子體聚合法085

4.5導(dǎo)電聚合物在超級電容器中的應(yīng)用085

參考文獻(xiàn)087

第5章水系電解液091

5.1酸性水系電解液094

5.1.1電化學(xué)雙電層電容器094

5.1.2贗電容電容器095

5.1.3混合型電容器095

5.2堿性水系電解液097

5.2.1雙電層電容器097

5.2.2贗電容電容器097

5.2.3混合型電容器099

5.3中性水系電解液099

5.3.1雙電層超級電容器100

5.3.2贗電容電容器101

5.3.3混合型電解質(zhì)103

5.4水系電解液的添加劑106

5.4.1氧化還原添加劑液體電解質(zhì)106

5.4.2氧化還原活性液體電解質(zhì)111

參考文獻(xiàn)113

第6章有機(jī)電解液119

6.1雙電層超級電容器有機(jī)電解液122

6.1.1電解質(zhì)鹽124

6.1.2有機(jī)溶劑132

6.1.3添加劑142

6.2贗電容超級電容器有機(jī)電解液143

6.3混合型超級電容器有機(jī)電解液144

參考文獻(xiàn)145

第7章離子液體電解質(zhì)(液)151

7.1純離子液體電解質(zhì)155

7.1.1非質(zhì)子型離子液體155

7.1.2質(zhì)子型離子液體157

7.1.3功能化離子液體158

7.2離子液體二元體系電解質(zhì)163

7.2.1離子液體與離子液體的混合163

7.2.2離子液體與有機(jī)溶劑混合電解液165

7.2.3離子液體與離子鹽混合電解液166

參考文獻(xiàn)175

第8章固態(tài)電解質(zhì)179

8.1無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)181

8.2固態(tài)聚合物電解質(zhì)183

8.2.1聚環(huán)氧乙烷(PEO)183

8.2.2聚丙烯腈(PAN)184

8.2.3聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)184

8.2.4聚偏氟乙烯(PVDF)185

8.2.5聚離子液體185

8.3凝膠電解質(zhì)190

8.4復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)196

8.4.1添加無機(jī)材料型固態(tài)聚合物電解質(zhì)196

8.4.2添加增塑劑型復(fù)合聚合物電解質(zhì)197

8.4.3聚合型復(fù)合聚合物電解質(zhì)198

參考文獻(xiàn)198

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