PM25来源解析

环境空气中PM2.5来源解析综述

大气颗粒物是近年来影响我国城市大气环境质量的主要问题之一，特别是粒径小于2.5μm 的细颗粒物。经过科研人员的不断探索，发现人体健康的损害和发病率与空气中的细颗粒物密切相关。近年来，大量研究也表明PM2.5因其粒径较小、比表面积较大，所以它更容易富集空气中的有机污染物、酸性氧化物、有毒重金属、细菌和病毒。当被人吸入到体内时，就可以产生并导致人体呼吸、内分泌、心血管、神经及免疫等各系统疾病的发生。此外，PM2.5还会对大气能见度的降低有重要影响，它是雾或阴霾的主要构成，可以吸收和反射太阳辐射，这不仅影响城市大气的光学性质，而且影响热平衡，导致农作物产量降低。PM2.5可以长时间的在大气中停留，有时可以达到几天以上，这就导致PM2.5具备长距离传输的能力，从而可以对远方的城市或地区造成影响。随着人们对PM2.5危害认识的逐渐深入，世界各国对PM2.5的要求也越来越严格。美国于1997年提出PM2.5的质量标准，中国在2012年颁布新的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)，其中新增加了PM2.5的浓度限值，并开始加大对PM2.5的污染状况及其控制的研究。本文系统的从源解析技术、成分的提取、细颗粒物的采样以及成分检测等方面简述其在国内外的进展。

现阶段，源解析的方法有扩散模型和受体模型，但是因为扩散模型需知道污染源个数和方位，颗粒物扩散过程中详细气象资料，以及颗粒物在大气中生成、消除和输送等重要特征参数，这些资料和参数的难以获取，因此现在多用受体模型。而在说到受体模型之前又不得不提到标识元素，所谓标识元素是指那些能够表征排放源特征并且在大气的迁移过程中变化不大的元素。它是某源类区别于其他源类的重要标志，对排放源的确定起了很重要的作用。由于源分类的不同，标识元素的选取也不尽相同。以土壤为主的地质尘一般选取Si、Ca和OC作为标识元素；HO 在香港地区的成分谱研究中将Si、Al、K、Ca、Ti、和Fe 作为土壤和铺过路面的道路尘的标示元素。华蕾等对北京市土壤尘、道路扬尘、城市扬尘、建筑施工尘、钢铁尘、煤烟尘等主要PM10无组织排放源和固定源进行采样、分析，建立相应的成分谱数据库，通过对其化学组分分析，确定各类PM10排放源的化学组分特征和标识元素。土壤尘、建筑施工扬尘、钢铁尘、煤烟尘PM10的标识元素分别为Si、Ca、Fe、Al，道路扬尘显示出明显的土壤尘、建筑施工尘和机动车污染的特征，城市扬尘成分谱与道路尘有很强的共线性,具有明显的道路扬尘特征。杨复沫等人选用Ca作为建筑尘的标识元素，因为他发现Ca随着建筑施工活动的减少而减少，WATSON等人将几种金属元素Ti、V、Mn用来标识建筑水泥尘，FUNG在香港空气污染源分担率的研究中(PM10) 发现Se在建筑尘中占了相当大的质量比例。

受体模型分为显微镜法和化学法。显微镜发包括光学显微镜法（OM）、扫描电子显微镜法(SEM)和计算机控制扫描电镜法(CCSEM)。刘田等利用SEM对枣庄市的大气颗粒的形貌、粒径和化学元素成分等进行测量分析，并结合X 射线能谱，鉴别出两市大气颗粒物的来源。化学法包括化学质量平衡法（CMB）、多元统计模型和富集因子法（EF）。其中CMB法根据各种排放源的颗粒组成，将颗粒物浓度分解为一组由各类源贡献的组合，利用有效方差最小二乘法解出各类源对颗粒物浓度的贡献。张勇等利用CMB对安阳市大气颗粒物中多环芳烃进行了源解析,确定市区多环芳烃的主要排放源类，并建立相应源成分谱；曲直，房春生等通过研究长春市环境空气中各种PM2.5污染源的特点，并并根据每种污染源的特点探讨样品采集和混样的方法，确定污染源和受体成分谱的化学组成及分析方法。Gupla 等将CMB 法运用于Kolkala居民区和工业区的PM10，结果表明，居民区燃煤烟尘对PM10的贡献最大，占42%；在工业区，机动车尾气尘是PM10的最大贡献者，占47%。针对CMB 模型不能解决扬尘共线性问题，冯银厂等首次提出大气颗粒物二重源解析技术.此技术从提出后在

我国得到较多应用,金永民等利用二重源解析技术对抚顺市大气颗粒物的来源进行了解析，解析出扬尘、土壤风沙尘、烟煤尘和有机碳是抚顺市环境空气中TSP的4大排放源类,其贡献率分别为37.5%，15.9%，13.9%，6.0%。而多元统计模型的基本思路是直接对受体样品进行分析，利用样品物质间的相互关系得到源成分谱或产生暗示重要排放源类的因子，主要包括因子分析法(FA)、主成分分析法(PCA)、绝对主因子分析法(APCA)、正交矩阵因子分解法(/PMF)和UNMIX 等模型。由于多元统计法不需事先知道详细的源成分谱数据，并能够解析次生或易变化物质的来源，所以在国内外也得到广泛运用。杨丽萍等运用FA 研究兰州市的大气降尘，研究表明主要有 4 类来源：燃煤41.04%，风沙扬尘22.97%，汽车尾气18.67%和建材12.84%；邹本东等[17]对北京市大气颗粒物PM10的来源进行了解析，证明在缺少源成分谱时，可采用PCA 模型来分析大气颗粒物的来源。在国外，Keeler 等采用PMF法对美国Ohio的湿沉降进行大气汞的源解析研究，确定对大气汞有贡献的六种源：钢铁产业、化工燃料燃烧、灰尘、燃煤、磷产业和钼工业；Callen等应用UNMIX模型对西班牙Zaragoza 地区PM10样品进行了源解析，得出6 个贡献源:工业和交通源、海洋气溶胶源、生物质燃烧源、地壳源和重型车尾气排放源。

由于以上介绍的分析方法没有一种是尽善尽美，都存在一定的局限。为提高PM2.5源解析的准确性，许多学者将多种模型进行联合对其进行分析。Guo-Liang Shi等[20]为解决源的共线问题,将PCA 与CMB两种方法结合起来，对2007年成都PM10进行了解析。Larsen [21]等则运用UNMIX、PCA和PMF三种模型对Baltimore的PAHs进行了解析。K.F.Ho等将富集因子法、PCA和聚类分析运用于香港PM2.5的解析。Puja等采用富集因子法和APCA法等方法对印度东北部的PM2.5进行解析，其中97%的PM2.5来源成功的被解析出。

为了能够得到准确的源解析，仅仅是方法的联用还是不够的，被采集到细颗粒物上水溶性离子、金属元素和有机成分的提取液非常重要，提取率的高低，可以直接影响源解析的结果。针对细颗粒物在滤膜上的提取，科研人员做了大量实验。

孙靖和张长寿用高氯酸、硝酸和氢氟酸组成的混酸在加热的条件下消解玻璃纤维滤筒滤膜采集的铅尘样品，可基本除去滤膜中的硅。大部分除去滤筒中的硅，残留的硅酸对铅的溶出和准确测定不干扰。因此是取代索氏提取法和酸煮法的理想方法。郝恩，金凤，白慧芝，姚新民对GBZ/T 160.22－2004中7.2样品处理方法进行改进，建立方便、准确的滤膜中锡测定方法,将GBZ / T 160.22－2004中7.2 样品处理方法中浓硫酸和硝酸改用2 ml 浓盐酸在电热板上加热( 70 －90℃)消解滤膜。改进前回收率为47．6%，改进后回收率大于97%。改进后的消解方法回收率高，消解时间短，操作简单。

王燕萍,陈丰,刘芳,马微针对大气颗粒物滤膜样品现有的消解方法中存在的不足,就空白滤膜样品,对其消解条件(消解用酸的质量分数、样品浸泡时间、消解加热时间)进行了优化研究,选择了砷(As)、钡(Ba)、镉(Cd)、锰(Mn)、铅(Pb)等金属元素进行了详细探讨,建立了一种操作简便、准确、能同时测定多种金属元素的消解方法,并将该方法与电感祸合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)相结合,对TSP滤膜样品中的相关金属元素进行了分析测定,与国家标准方法进行了比对,结果令人满意.徐朝辉,童晋荣,万端极将超声提取技术、膜分离技术、超临界流体萃取技术进行了耦合并应用于青蒿素的生产工艺中，讨论了提取试剂、提取方式的差别，考察了膜的选择与运行状况，确定了工艺参数，并进行了乙醇溶液的中试实验，可得收率为0.48%、纯度为92%的青蒿素粗品，为该联合技术的工业化清洁生产提供了借鉴和参考。

查立新,马玲,刘文长,刘洪青,陈波,冯玲玲[28]采用振荡提取和超声提取两种提取方式对土壤样品中Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Cr、Cd、Mn、As、Sb、Hg、Se 等12 种元素形态分析进行了实验，对超声提取时间进行了详细研究，比较了振荡提取和超声提取的精密度和准确度。结果表明，采用超声提取技术可以大大减少提取时间，工作效率比振荡提取提高5 倍。超声提取的精密度优于振荡提取，方法精密度为3.1% ～34.8% ( n =12) ，准确度( 各态量之和

与全量相对误差) 为0.34% ～11.85%，超声提取条件更易掌握和控制，方法简单快速，适合于批量样品分析，已用于分析数万件生态地球化学评价样品。1979 年Tessier 等利用不同的提取剂采用连续的提取步骤，建立了土壤、沉积物等元素的化学形态分析方法，为土壤元素的化学形态分析奠定了基础。其后，有关元素化学形态分析技术方法研究和应用研究日渐活跃，欧盟的BCR 三步提取法，克服了Tessier 法重现性差的不足而得到了更多的应用。陈怀满教授等[35]对土壤中元素形态与植物的吸收进行了深入研究，对重金属在土壤和植物中污染的迁移性及生物的有效性进行比较全面的总结和评估;葛晓立等将元素形态分析用于地方病研究，提高了环境评价质量。牛桂昂综述了大气颗粒物PM2.5中重金属的检测方法、来源、分布特征和化学形态分析方面的研究进展，并且对以后的研究方向进行了展望。马艳华从组成元素、分布特征、元素相关性及生物效应等方面对PM2.5重金属组成特征的研究进展进行较系统的归纳和总结，提出未来该研究需关注的方向，以期为后续的深入研究提供参考。

金属元素在大气颗粒物中的时间分布变化显著，往往具有明显的季节变化和日变化规律。刘艳秋等对吉林图们市大气颗粒物中重金属的研究表明，不同季节重金属含量不同，每天的不同时间重金属的含量也有变化，大部分重金属含量在冬季比在其他季节高，重金属在早晨比在中午和晚上高，这可能是由冬季煤的大量燃烧和早晨出现逆温所导致。郑志侠针对颗粒物中重金属在不同时间和空间及不同粒径颗粒物中的含量和分布特征，以及重金属的来源解析和形态分析上进行综述，总结近年来大气颗粒物中重金属研究的成果，并就该领域研究方向进行了展望。袁媛对河南省开封市大气颗粒物随高度垂直分布变化进行研究，通过对秋季和冬季玉祥酒店和电业局2 个采样点各在4 个不同高度的PM10和PM2.5中的重金属浓度进行监测，发现各金属元素来源不同垂直分布特征也不相同。

PM2.5所含的无机重金属元素，根据其含量划分为了主要元素（如Al、Mg、Ca、Fe）、次主要元素（如Ti、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Sr、Sb、Ba、Pb）和微量元素（Be、Sc、Co、Ga、Se、Zn、Mo、Ag、Cd、Sn、Ti）。袁中新等通过比较土壤及沙尘重金属元素组成特征，从而得到颗粒物金属指纹特征，进而用其作为判断亚洲沙尘的指针。

重金属污染物的生物毒性和迁移性很大程度上取决于它们的化学形态和结合状态（如第一纪或第二纪矿物的沉降作用，有机配位体的络合作用等），不同的重金属形态的毒性、迁移及在生态系统中的循环过程存在显著差异。因此，探讨有效的重金属形态分析方法是重金属的生态学效应评价的基础。目前研究最彻底、应用最广泛的重金属形态分析方法是Tessier [等提出的顺序提取法及其修正方法，适合多种金属的提取，将金属的存在形态划分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态5 类。Moloi[47]等将大气颗粒物中的金属分为环境可迁移态、碳酸盐和氧化物态、有机结合态和硅酸盐结合。Kye用SMT(The Standard Measurement sand Testing Program of the European Community)分类法把重金属的存在形态划分水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物、硫化物结合态和残渣态七种。李显芳[49]用石英纤维滤膜采集大气中的Pb, 对几种典型的铅污染源排放样品进行序列提取和分析测定, 说明以Pb的序列提取分量作为一种指纹技术来识别大气中Pb污染的来源是可行的,为研究大气颗粒物Pb污染特征及其来源提供了更多的信息。要对PM2.5进行源解析，随之而来的是成分的提取；若要提取，就不得不说到PM2.5的采样方法。

为了探讨太原市大气阴霾天气的主要污染物PM2.5中水溶性组分的污染特征,贾小花，解静芳等于2011年12月~2012年1月,采用美国Thermal Anderson公司的大流量PM2.5颗粒物采样器进行了PM2.5样品采集, 采样点设在山西大学环境与资源学院楼顶(37°47.713′N,112°34.882′E,海拔802m),周围是太原市城中村改造居民区、交通繁忙区和几所学校.每天分白天(09:00~21:00)和夜间(21:00~次日09:00)进行两次连续采样,采样期间共获得白天和

夜间样品各28 个,共获得样品56个.采样期间PM2.5浓度的昼夜变化规律不明显.

朱倩茹，刘永红，徐伟嘉，黄敏等[51]利用广州中山大学力学楼大气环境自动检测平台,在2008 年1 月1 日—2010 年12 月31 日实时检测水平能见度、风速、风向、降雨量、相对湿度、气压、温度等各种气象参数。其中PM2.5质量浓度值、风速、风向、降雨量、相对湿度、气压、温度等气象参数值检测间隔时间为5s，能见度数值检测间隔为15s.结果表明，PM2.5质量浓度变化呈现夏季和非夏季2 种典型的季节性特征，夏季月平均值0. 049 mg /m3 ，主要分布在0. 03 ～0. 05 mg /m3 ，非夏季月均值为0. 063 mg /m3 ，分布于0. 05 ～0. 08 mg /m3 之间; 夏季、非夏季PM2. 5质量浓度超标率( 采用美国EPA 标准) 分别为70. 7% 、77. 8% ，质量标准2 倍、3 倍以上出现的概率都表现出明显的季节性差异;

赵秀娟，蒲维维，孟伟，马志强，董璠，何迪等于2011年9月1日~12月7日利用分别在城区宝联站( 39°56'N，116°17'E，75. 0 m a.s.1) 和远郊区上甸子站( 40°39'N，117°07'E，293. 9 ma.s.1 ) 的检测站同时进行气溶胶综合观测. 结果表明，北京地区PM2. 5污染和气溶胶光学特性受雾霾天气的影响非常明显．PM2.5浓度、σsca和气溶胶吸收系数( σabs) 在雾霾期均明显高于非雾霾期，雾霾期日均PM2.5浓度在城区和郊区分别达到97. 6 μg2m-3 和64. 4 μg2m-3 ，为非雾霾期日均浓度的3. 3 和4. 8 倍．城区高PM2.5浓度造成雾霾类天气出现频率明显高于郊区．轻雾天城区PM2.5浓度、σsca和σabs明显高于郊区，区域输送的影响相对较弱，轻雾和霾天城郊差异较小，区域性特征明显，而雾天σsca城郊非常接近且在各雾霾类天气中相对最高，气溶胶散射能力最强，区域性特征较为明显．

据赵普生等研究表明。北京地区1980~2008年霾日总体呈增加趋势，从1980年的年均50d 左右增加到2008年的72d，城区则出现频率更高。

朱倩茹，刘永红，徐伟嘉，黄敏等利用广州中山大学力学楼大气环境自动监测平台,于2008年1月1日—2010年12月31日进行，水平能见度以及风速、风向、降雨量、相对湿度、气压、温度等各种气象参数的监测. 2008—2010 年广州PM2. 5质量浓度分别为0. 062、0. 050、0. 055 mg /m3 ，三年均值0. 056mg /m3 ; PM2. 5质量浓度变化呈现夏季和非夏季2种典型的季节性特征，夏季月平均值0. 049mg /m3 ，主要分布在0. 03~0. 05 mg /m3 ，非夏季月均值为0. 063 mg /m3 ，分布于0. 05~0. 08 mg /m3之间。

胡保昆，窦以文，储伟等[54]利用2009--2010年北京市宝联大气成分观测站连续PM2.5浓度的观测资料,统计分析了北京地区PM2.5的年、季、月和重污染日变化特征。从逐时PM2.5细颗粒物观测数据中，按00：00—23：00为一日统计PM2.5细颗粒物浓度算术日平均值中可知，北京四季PM2.5浓度春季最低，秋季最高。北京市PM2.5细颗粒物浓度3月平均最低为46.60μg/m3，污染最小。

于阳春,胡波,王跃思等[55]在2009年8月~2011年6月期间在北京东灵山森林站连续观测了SO2、NOx、O3和PM2.5的浓度，利用观测数据分析了大气污染物的月变化、季节变化和统计日变化特征，结合气流轨迹探讨了传输对污染物的影响。结果表明，观测期间NO、NO2、NOx、O3、SO2和PM2. 5浓度的平均值分别为( 2. 0 ±1. 6) 、( 13. 2 ±7. 2) 、( 15. 3 ±8. 2) 、( 61. 0 ±19. 6) 、( 3. 6 ±3. 6) 、( 35. 6 ±32. 0) μg2m-3，均低于北京城区的观测值．NOx 浓度秋季最高，夏季最低，分别为( 17. 0 ±8. 0) μg2m-3和( 13. 8 ±4. 1)μg2m-3．

湿沉降是使大气颗粒物浓度减少的途径之一,汤天然,陈建楠,李广前,朱彬等[56]利用2013 年6 月南京市逐日PM2.5浓度资料，及同期降水、风速和相对湿度的数据，分析了南京夏季PM2.5与气象条件变化之间的关系。结果表明，在低风速、高湿度、污染物不易扩散条件下，降雨并不能有效降低当日PM2.5浓度。而在风速较大的条件下，污染物在随风扩散稀释的同时，降雨对污染物的湿沉降作用促进了PM2.5浓度降低。建议在采用人工增雨方法清除PM2.5时，要考虑气象条件的影响。

2006年1月1日到2006年12月31日,刘洁,张小玲,徐晓峰,徐宏辉[57]在北京上甸子区域大

气本底站和城区宝联环境观测站连续观测了SO2、NOx、O3和PM2.5的浓度,分析了北京城区和郊区的季节变化及日变化的差异,并结合风向讨论了城区污染对于大气本底的影响.结果表明,①NOx、SO2浓度在采暖季城郊差异最大,城区是本底的4~6倍,城郊O3有一致的浓度变化.本底站PM2.5在4、5月达到100μg/m3以上,是年平均的2~3倍;②NOx和SO2的日变化在城区表现为双峰型,在09:00前后和22:00前后形成高值,郊区表现为单峰型,在22:00前后出现高值.郊区O3的日变化峰值滞后于城区大约2 h PM2.5日变化规律表现得较不规则。

大气边界层结构、天气条件以及污染源对污染物的生成和传输起着重要作用.

当然，源解析当中也存在着不同成分的检测。

贾小花，解静芳等[50]于2011年12月~2012年1月,采用美国Thermal Anderson公司的大流量PM2.5颗粒物采样器进行了PM2.5样品采集,共获得样品56个。采用TOC/TN 分析仪(Multi N/C 3100,德国Analytik Jena 分析仪器股份公司) 进行TOC 和TN 的测定.TOC 值通过TC 值减去IC 值得到.TC测定过程是将样品中的所有有机和无机碳物种高温催化氧化生成CO2,用NDIR 进行检测;IC 测定方法是在酸性条件下,将样品中的无机碳溶解生成CO2,用NDIR 进行检测.用离子色谱仪(瑞士万通883)测定NO3-和SO42-等离子的浓度大小. 研究结果表明,太原市冬季采暖期PM2.5污染严重,并且比北京、天津、广州、南京、西安的污染水平都高.对PM2.5主要影响因素风速、相对湿度、温度和昼夜变化等的分析表明,风速大小与PM2.5的浓度大小呈负相关(r=-0.4693,α=0.05),相对湿度与PM2.5浓度呈正相关(r=0.4092,α=0.05),而温度与其浓度变化关系不明显; 水溶性TOC 对PM2.5贡献较高,占PM2.5总量的13.2%~57.7%;NO3-、SO42-也与水溶性TOC 有重要的相关关系.

刘辉,贺克斌,马永亮,赵晴,段凤魁,梁林林等于2008你那6月至9月,在北京城区清华大学和郊区密云水库开展大气颗粒物观测, 采集了PM2.5样品共180个, 并获得了PM2.5及12 种水溶性离子的质量浓度. 观测期间城区和郊区PM2.5浓度接近, 分别为68. 9 μg2m-3和52. 9 μg2m- 3; 二次无机离子SO42-、NO3- 和NH4+ 是PM2.5中含量最高的水溶性离子(三者占水溶性离子的比例达90%以上)并具有较高的区域贡献. 观测期间PM2.5水溶性离子浓度的变化特征并不完全一致, NH4+ 占PM2.5比例的变化幅度明显小于SO42-和NO3- , NO3-浓度受源排放变化的影响程度比SO42- 更加明显. 这些复杂的变化特征表明, 除污染物源排放外, 气象条件也是影响PM2.5及其水溶性离子浓度的重要因素. 气团来源分析显示, 南方气流的区域性缓慢传输是导致奥运前( 7 月20日~ 8月7日)两个PM2.5重污染过程的关键成因, 而北方洁净气流频繁、快速的输入则是导致奥运期间PM2.5浓度显著降低的重要原因之一. 有研究表明，高温高湿的条件有利于SO2、NOx等前体物向硫酸盐、硝酸盐转化成二次气溶胶。

于阳春,胡波,王跃思等在2009年8月~2011年6月期间在北京东灵山森林站连续观测了SO2、NOx、O3和PM2.5的浓度，利用观测数据分析了大气污染物的月变化、季节变化和统计日变化特征，结合气流轨迹探讨了传输对污染物的影响．结果表明，观测期间NO、NO2、NOx、O3、SO2和PM2.5浓度的平均值分别为( 2. 0 ±1. 6) 、( 13. 2 ±7. 2) 、( 15. 3 ±8. 2) 、( 61.

0 ±19. 6) 、( 3. 6 ±3. 6) 、( 35. 6 ±32. 0) μg2m-3，均低于北京城区的观测值。NOx 浓度秋季最高，夏季最低，分别为( 17. 0 ±8. 0) μg2m-3和( 13. 8 ±4. 1)μg2m-3。

郭含文,丁国栋，赵媛媛，高广磊，陈明秀，王海勇，赖文豪等[68]以北京林业大学校园、奥林匹克森林公园为研究对象，以周边主要交通干道为对照，采用多功能精准型激光粉尘仪观测PM2.5质量浓度，研究城市不同绿地PM2.5质量浓度日变化规律。结果表明: 1) 绿地率对PM2.5质量浓度变化有较大影响，研究区内PM2.5质量浓度随绿地率增加而递减，北京林业大学校园、奥林匹克森林公园和鹫峰国家森林公园PM2.5质量浓度最高值分别为140、62和48μg/m3，均高于国家PM2.5质量浓度年平均标准( 35μg/m3) ; 2) 研究区内城市绿地PM2.5质量浓度与其周边主要交通干道没有明显差异; 3) 气象条件对PM2.5质量浓度的

变化有较大影响，阴天PM2.5质浓度较高，长时间保持在80~110μg/m3之间，降雨天则使PM2.5质量浓度明显降低,降幅约达80%。

总之，我国对于PM2.5的研究刚刚起步，对于PM2.5的源解析等许多方面还没有进行系统的研究，因此需要利用国外在PM2.5方面已取得的经验和研究成果，结合PM2.5自身的特点，收集研究区域的污染特征谱，考虑当地气象条件，运用先进的采集、分析技术，并结合各种源解析技术的优势，开发出适合当地环境特点的源解析模型。

超级电容器综述

题目超级电容器技术综述 学号 班级_____________ 学生 _______________ 扌旨导教师_______ 杨莺_________________ ______ 2014 _______ 年

超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白, 能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命, 同时还具有比二次电池耐温和免维护的 优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract ：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application 。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually ，The super capacitor emerges with the tide of the times 。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words ：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend . 引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。 1 超级电容器概述 1.1超级电容器的定义及特点

超级电容器综述

超级电容器综述 超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层或在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量。 超级电容器采用活性碳材料制作成多孔碳电极，同时在相对的多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别*正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别*到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层。 由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积），而且电解质与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度），所以这种双电层结构的超级电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。 目前国际上研究与发展的超级电容器可归为以下几类： ●双层电容器（Double layer capacitor） 由高表面碳电极在水溶液电解质（如硫酸等）或有机电解质溶液中形成的双电层电容，如图6-12.1所示。该图还表示出一个典型双电层的形成原理，显然双电层是在电极材料（包括其空隙中）与电解质交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。一般都采用多孔高表面积碳作为双层电容器电极材料，其比表面积可达1000－3000m2/g，比电容可达280F/g。 ●赝电容器（Pseudo－capacitor）

由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容；典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代； ●混合电容器（Hybrid capacitor） 由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。目前在水溶液电解质体系中，已有碳/氧化镍混合电容器产品，同时正在发展有机电解质体系的碳/碳（锂离子嵌入反应碳材料）、碳/二氧化锰等混合电容器。 此外，若按照电容器采用的电极材料分类，则可分为碳基型、氧化物型和导电聚合物型；而按采用的电解质类型分类，则又分为水溶液电解质型和非水电解质型（主要为有机电解质型）。在有机电解质溶液中，电容器的工作电压可提高至2.5V以上。 超级电容器的性能特点 超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理，性能比较详见下表。 超级电容器作为一种新型能源器件，具有以下主要优点： （1）功率密度高 超级电容器的内阻很小，且在电极/溶液界面和电极材料本体内部均能够实现电荷的快速贮存和释放，因此它的输出功率密度高达数千瓦/千克，是任何一种化学电源都无法比拟的，是一般技术'>蓄电池的数十倍。

超级电容器研究综述

一、超级电容器的发展与进步 （一）概述 在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。 电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。 超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。 超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。 （二）超级电容器的原理 超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。一方面，与传统电容器相比，超级电容器的电极材料往往选用高比表面积材料，如活性碳，通过静电作用在固/液界面形成对峙的双电层存储电荷，因此超级电容器拥有比传统电容器高的能量密度，静电容量能够达到千法拉至万法拉级；另一方面，与电池能量存储机理类似，超级电容器可以通过法拉第氧化还原反应完成电荷存储和释放，由于主要依靠电极表面或近表面的活性材料存储电荷，超级电容器与电池相比，能量密度较低，但是具有高的功率密度和循环稳定性。 1 传统电容器 传统的平行板电容器是所有静电电容器储能的基础，传统电容器电能的储存来源于电荷在两极板上聚集而产生电场。平行板电容器的静电电容的计算公式为： r是两极板材料的相对介电常数，0是真空介电常数，A是电极板的正对面积，d 是两极板的距离。 2 双电层超级电容器 双电层电容器是通过静电电荷分离，依靠固/液界面的双电层效应完成能量的存储和转化。电解液离子分布可为两个区域——紧密层和扩散层。其双电层电容可视为由紧密层电容和扩散层电容串联而成。双电层电容器正是基于上述理论发展起来的。充电时，电子经外电

超级电容器综述解析

电子技术查新训练文献综述报告 题目超级电容器技术综述 学号3130434055 班级微电132 学生赵思哲 指导教师杨莺 2014 年

超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白,能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .

超级电容器综述-1

材料科学导论 课程论文 题目： 院（系）： 专业： 姓名： 学号： E–mail：

超级电容器的研究综述 摘要：超级电容器具有储存能量大、比功率大、耐低温、免维护、低污染等突出优点，广泛地应用在启动、牵引动力、脉冲放电和备用电源等领域。综述了超级电容器的发展和超级电容器的研究进展，认为要想更大地提高超级电容器的比容量和储能密度等，需要进一步对电极材料、电解质材料、加工工艺、结构设计等方面进行研究。 关键词：超级电容器；电极材料；电解质材料 Research summary of supercapacitor Abstract: Supercapacitor could be used in start, traction, pulse-discharge and standby power with the advantages of high energy, high specific power, low temperature tolerance, maintenance free and low pollution. The research progress of supercapacitor and the development of super- capacitor were reviewed. It was concluded that in order to increase the specific capacity and energy density of supercapacitor, it was necessary to research the electrode materials, electrolyte material ,processing technology and structure design further. Key words: supercapacitor；electrode material；electrolyte material

超级电容器材料综述

超级电容器是一种新型的储能装置，具备充放电快、效率高、稳定性好等优点，是一种清洁的绿色能源，是21 世纪的新型绿色能源。超级电容器有很大的市场潜力。通过对超级电容器电极材料进行研究，发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。 目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植

物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料 炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大，孔隙率高，孔径分布广，是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。密度跨度大，孔隙率好，而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料，同时，在制备的时候，可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看，碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的，因为碳纳米管的结构是空管的形状，表面积大，尤其是壁很薄的碳纳米管，比表面积更大，非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时，还会具备特殊的孔，这些孔是由微观状态下，碳纳米管互相缠绕，好似网状结构，管与管之间就形成了孔洞的结构，孔与孔之间都是互相连通的，没有堵死的情况，这在用作电极的时候，对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小，一般都是属中孔，这会使电极的内阻很低，这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上，或者将

超级电容器综述

超级电容器储能综述 摘要： 超级电容器是近年发展起来的一种新型储能元件，具有功率密度高、寿命长、无需维护及充放电迅速等特性。叙述了超级电容器的分类、储能原理和性能特点，介绍了超级电容器目前的应用领域及应用中需要关注的问题。将超级电容器储能系统与其他储能系统相比，分析了其特点和优势。归纳了超级电容器若干具体应用，指出了使用中应注意的问题及其解决方法，以及今后的研究方向。 关键词：储能，超级电容器，分类，应用，发展 引言 超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法拉。与传统电容器相比，它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。因此可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。除此之外，随着电力系统的发展，分布式发电技术越来越受到人们的重视。储能系统作为分布式发电系统必要的能量缓冲环节其作用越来越重要。储能系统对提高电力系统的运行稳定性也具有非常重要的作用。超级电容器储能系统利用多组超级电容器（称为超级电容器组件阵列）将能量以电场能的形式储存起来，当能量紧急缺乏或需要时，再将存储的能量通过控制系统释放出来，准确快速的补偿系统所需的有功和无功，从而实现电能的平衡、稳定控制。与其它储能技术如飞轮储能，超导储能、传统静电电容储能相比超级电容器具有非常突出的优点，其具有如下的特性：1）其功率密度高，为7000～18000（W/Kg），可以在短时迅速放出能量；2) 循环寿命长，高低温性能好，效率高，其循环寿命大于500000 次，效率高于95℅；3) 超级电容器的充放电速度快，充放电效率高，其充电方式比起其他的储能系统来说简单多了，控制也相对容易；（4）超级电容器的材料几乎没有毒性，环境友好，而且在使用中无需维护。因其具有若很多特有的优点，现已引起广大科研工作者极大兴趣。 1．国内外发展现状 在超级电容器的研制上，目前主要倾向于液体电解质双电层电容器和复合电极材料／导电聚合物电化学超级电容器。国外超级电容器的发展情况如表所示。在超级电容器的产业化上，最早是1987年松下／三菱与1980年NEC／Tokin的产品。这些电容器标称电压为2．3～6 V，电容从10F至几F，年产量数百万只。20世纪90年代，俄罗斯Econd公司和ELIT生产了SC牌电化学电容器，其标称电压为12～450 V，电容从1 F至几百F，适合于需要大功率启动动力的场合。

超级电容器综述

超级电容器综述 摘要：电化学超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，以其独特的大容量、高功率密度、高的循环使用寿命、免维护、经济环保等特点，受到了世人的青睐，致使许多新型的电化学超级电容器电板材料相继被发现和应用。本文综述了超级电容器的原理、电极材料的分类、隔膜、电解液等，介绍了超级电容器的主要应用领域与发展趋势。 关键词：超级电容器原理电极材料综述 Reviews of supercapacitors Abstract：As a new kind of energy storage device, supercapacitors has large capacity, large discharge power, longer cycle service life, free-maintenance, economic and environmental protection, which is between traditional capacitors and chemical batteries. For these advantages, supercapacitors has become extremely popular with researchers, therefore more and more supercapacitor materials have been found and applied. The paper reviews supercapacitors’ principle, the classification of electrode materials, diaphragm, electrolyte, and includes the main field of application, trend of development. Keywords: supercapacitors; principle; electrode materials; review 1引言 电容器是一种能储蓄电能的设备与器件．由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的错误动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频一视频设备：调协器，电话机、传真机及计算机等通讯设备和家用电器中．电容器的研究是从30年代开始的，随着电子工业的发展．先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和双电层电容器的发展．其中双电层电容器．又叫电化学电容器．是一种相对新型的电容器，它的出现使得电容器的上限容量骤然跃升了3—4个数量级，达到了法拉第级(F)的大容量，正缘于此，它享有“超级电容器”之称。 超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法拉。与传统电容器相比，它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的循环使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。因此可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。 随着电化学超级电容器(electrochemical supercapacitors ESC)在移动通讯、信息技术、交通运输、航空航天和国防科技等领域的不断应用，超级电容器越来越受到人们的关注，各国纷纷制定出ESC的发展计划，将其列为国家重点的战略研究对象，特别是环保汽车一电动汽车的出现，大功率的超级电容器更显示了其前所未有的应用前景：在汽车启动和爬坡时，快速提供大电流和大功率电流；在汽车正常行驶时，由蓄电池快速充电；在汽车刹车时快速储存汽车产生的大电流，这样可减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制，大大延长蓄电池的使用寿命，提高电动汽车的实用性．所以，近年来ESC呈现出空前的研究热潮。

超级电容器电极材料综述

超级电容器电极材料综述 原创：jqzhu 本文对超级电容器的背景，电极材料的储能原理、性能评价和电容器的制备方法，以及国内外报道的超级电容器电极材料做了详细的归纳和总结。可作为超级电容器研究的入门资料。原创作品，学术不端检索比例小于3%，可以作为本科，硕士，博士论文中第一章文献综述的重要参考资料。（全文5万余字，参考文献齐全）。值得拥有。 目 录 超级电容器综述 (2) 1.1 引言 (2) 1.2 电化学电容器的理论基础与应用 (4) 1.2.1 电双电层电容器和法拉第赝电容器 (4) 1.2.2比电容，电压，功率和能量密度 (7) 1.2.3电解液 (10) 1.2.4电化学电容器的制备 (13) 1.2.5 电极材料的评价方法 (15) 1.2. 6 电化学电容器的优点、挑战以及应用 (18) 1.3电极材料 (25) 1.3.1 碳材料 (27) 1.3.2 导电聚合物(CPs) (30)

1.3.3 非贵金属氧化物/氢氧化物 (36) 1.3.4 贵金属氧化钌电极材料 (52) 1.4 多元活性氧化物材料的结构特点及制备技术 (65) 1.4.1 多元氧化物的结构和性能特点 (65) 1.4.2 多元氧化物的制备技术 (67) 参考文献 (71)

超级电容器综述 1.1 引言 随着经济和科学技术的发展，人类对能源的需求逐年递增，导致不可再生的石化能源储量逐年减少，而排放的有害气体，温室气体却与日俱增，环境污染日趋严重。因此，当前世界各国都在致力于开发清洁、高效的可再生能源，以及能源储存和转换的新技术和新设备。 在大多数应用领域，最为有效的和实用的能量储存与转换的技术包括蓄电池、燃料电池、以及电化学超级电容器（ES）。最近的十几年里，由于具有高功率密度、长循环寿命等性能优点，超级电容器越来越受到广泛的重视。超级电容器的性能介于传统介电容器（超高功率/低能量密度）和蓄电池/燃料电池（高能量密度/低功率密度）之间，刚好填补它们的性能间隙[1, 2]，因此有着广泛的应用的前景。 最早的电化学电容专利申请于1957年。然而，直到20世纪90年代，电化学电容器才真正进入人们的视野，逐渐受到少数行业的重视，例如混合电动交通工具开发领域[3, 4]。此时电化学电容器的作用是提升电池/燃料电池的性能，在汽车启动、加速或刹车瞬间提供充足的动力[5, 6]。在随后发展过程中，人们才逐渐意识到，电化学电容器还有一个非常重要的作用，即作为电池和燃料电池的能量补充，在电池或燃料电池出现瞬间断电时提供备用电能[7]。鉴于此，美国能源总署认定在未来能源储存系统中电化学电容器和电池/燃料

超级电容器电极材料综述

超级电容器电极材料 超级电容器，作为当下储能研究的一大热点，普遍具有以下优势： 1、快速的充放电特性 2、很高的功率密度 3、优良的循环特性 然而，它的不足完全制约了它的实际应用——能量密度很低。目前，商用的超级电容器可以提供10WhKg-1，而相比之下，锂离子电池的能力密度高达18010WhKg-1。因此，如何能提高超级电容器的能量密度，称为眼下超级电容器研究领域亟待解决的首要问题。学术圈致力于通过开发新的电极材料、电解质、独创的器件设计方案等方法，来实现这一问题的突破。 想要通过更好的电极材料（同时需要价格低廉，环境友好）来实现在超级电容器性能上的重大的进展，需要对电荷储存机理，离子电子的传输路径，电化学活性位点有全面、深远的认识。由此，纳米材料因为其可控的离子扩散距离、电化学活性位点数量的扩大等特点成为研究热门。 根据储能机理的不同，超级电容器可以分为：双电层电容器EDLC，赝电容。EDLC通过物理方法储存电荷——在电解质、电极材料界面上发生可逆的离子吸附。而赝电容通过化学方法储存电荷——在电极表面（几纳米深）发生氧化还原反应。通常，EDLC的电极材料为碳材料，包括活性炭，碳纳米管，石墨烯等。然而赝电容的电极材料包括：金属氧化物（RuO2, MnO2, CoOx, NiO,Fe2O3），导电高分子（PPy，

PANI,Pedot）。 设计一款高性能的超级电容的标准是： 1、很高的比容量 （单位质量的比容量，单位体积的比容量，或者是活性物质的面积） 2、很高的倍率性能 在高的扫速下200mV/s或电流密度下，容量的保持率。 3、很长的循环寿命 另外，活性材料的价格与毒性也需要计入考量。 为了制备高容量的电极材料，上述因素需要进一步讨论。 1、表面积：因为电荷是储存在电容器电极的表面，具有更高表面积的电极可以提高比容量。纳米结构的电极可以很好的提高电极的表面积。 2、电子和离子的导电性：因为比容量、倍率性能是由电子、离子的导电性共同决定，高的离子、电子电导将会很好的维持CV曲线中的矩形图线，以及GCD中充放电曲线的对称性。 同时，这也将减少充电电流增大后的比容量损失。 典型的增加电子电导的方法有： （1）Binder-free electrode design 不实用粘结剂 （2）纳米结构集流体设计——这可以为电子传输的提供高效途径 增加离子电导的方法：

超级电容器材料综述

目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达 1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料

炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大，孔隙率高，孔径分布广，是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。密度跨度大，孔隙率好，而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料，同时，在制备的时候，可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看，碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的，因为碳纳米管的结构是空管的形状，表面积大，尤其是壁很薄的碳纳米管，比表面积更大，非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时，还会具备特殊的孔，这些孔是由微观状态下，碳纳米管互相缠绕，好似网状结构，管与管之间就形成了孔洞的结构，孔与孔之间都是互相连通的，没有堵死的情况，这在用作电极的时候，对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小，一般都是属中孔，这会使电极的内阻很低，这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上，或者将碳纳米管和别的材料复合用作超级电容器。 4、活性炭纤维 活性炭纤维是一种环保材料，具有比活性炭更加优越的吸附性能，由它得到的高表面积的活性炭纤维布已经成功用于商业化的电极

超级电容器综述_刘小军 电极材料

第14卷第2期2011年4月西安文理学院学报:自然科学版Journal o fX i ,an U niversity o fA rts&Science(Nat SciE d)Vo.l 14 N o .2Apr .2011文章编号:1008 5564(2011)02 0069 05 收稿日期:2010 11 20 作者简介:刘小军(1982 ),男,湖北黄冈人,陕西国防工业职业技术学院化学工程学院助教,硕士.研究方向:储能材料.超级电容器综述 刘小军,卢永周 (陕西国防工业职业技术学院化学工程学院,陕西西安710302) 摘 要:超级电容器是一种介于常规电容器与化学电池之间的一种新型储能元件,它具有很高的放 电功率、法拉级别的超大电容量、较高的能量、较宽的工作温度范围、极长的使用寿命、免维护、经济环保 等优点.介绍了超级电容器的发展状况、原理、应用及特点,归纳了超级电容器电极材料的研究进展. 关键词:超级电容器;发展原理;应用综述 中图分类号:TM 53 文献标识码:A A R eview of Super -Capacitors L I U X iao jun ,LU Y ong z hou (D epa rt m en t of Che m ical Eng i nee ri ng ,Shaanx iN ati onal D efense Industry V ocati onal T echno logy Instit ute ,X i an 710302,China) A bstract :Super-capac itor ,the function o f wh ich ranges bet w een that o f co mm on capac itor and che m ica l batteries ,is a brand-ne w energy storage device .It features such superior quali ties as large dischar ge po w er ,large capacitance of farad grade ,higher energy ,w ider operati n g te m perature range ,longer service life ,exe mpti o n fro m m a i n tenance ,econo m y ,and env iron m enta l protection .Th i s paper g i v es an intr oducti o n to the status quo of super-capacitor s de velopm en t ,its pr i n ci p le ,app lication ,and characteristics .It a lso d iscusses the current research on super-capacitors e lectrode m ateri a ls . K ey words :super-capacitor ;princi p le of developm en;t rev ie w o f application 超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件,兼具两者的优点,如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电,并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性.它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科,成为交叉学科研究的热点之一.作为一种绿色环保、性能优异的新型储能器件,超级电容器在众多的领域有广泛的应用,包括国防、军工,以及电动汽车、电脑、移动通信等民用领域,因而受到了世界各国,尤其是发达国家的高度重视.近几年来,我国科研人员和国家相关部门也对此极度关注. 1 超级电容器的发展状况 双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的.1879年H e l m ho lz 发现了电化学界面的双电层电容

超级电容器材料综述

超级电容器材料综述 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

超级电容器是一种新型的储能装置，具备充放电快、效率高、稳定性好等优点，是一种清洁的绿色能源，是21 世纪的新型绿色能源。超级电容器有很大的市场潜力。通过对超级电容器电极材料进行研究，发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。 目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植物硬壳、石油

超级电容器的现状及发展趋势综述(精选.)

文献综述 超级电容器的现状及发展趋势目录 1 前言 2 超级电容器发展现状 3 超级电容的特点 4 超级电容器电压均衡技术解决方案 5 超级电容器的发展趋势与展望 6 小结

1.前言 随着化石能源资源的日益匮乏和人们强烈的环保意识，有力地促进了太阳能和风能等可再生能源的发展。但太阳能、风能具有波动性和间歇性，需要有效的储能装置保证其能够稳定的在电网中并网工作。同时，电动汽车产业的快速发展也迫切需要发展低沉本、环境友好、能量密度高的储能装置。 超级电容器也叫做双电层电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件，它可提供大功率并具有超长寿命，是一种兼备电容和电池特性的新型元件，在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。而对于大功率系统来说，由于超级电容单体的电压值和能量都比较低，不能满足应用系统功率、放电时间及电压要求。为满足实际应用工况的电压需求，需将多个单体串并联以提高储能模块的工作电压，单体电容器参数的分散性是制约超级电容器模块寿命和可靠性的主要因素。然而市面上同一型号规格的超级电容器在电压、内阻、容量等参数上存在着不一致，并且在超级电容器使用过程中，工作环境不同以及电压不均匀的积累又加剧了超级电容器的参数不一致性。这种离散性极易造成超级电容的过充或过放，从而影响系统的使用寿命和可靠性。因此，研究和实现超级电容器的电压均衡对于提高超级电容器的整体性能是十分必要和关键的技术。基于此本文将主要对超级电容器的发展现状、优缺点、电压均衡方法及未来的发展趋势进行阐述。 2.发展现状 超级电容器利用双电层原理直接存储电能，其容量可达数万法拉，是介于蓄电池和传统 电容器之间的一种新型储能装置。超级电容器储存的能量E=25.0V C ??，与容量C 和工作电 压V 的平方成正比，具有较大的比电容、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保的特点。同时，与化学电源相比较，超级电容具有跟高的比功率，能够在短时间内释放化学电源所难达到的大电流，这一性质很好带地满足了某些电设备对瞬时大电流的需求，具有很大的发展潜能。目前，日本、美国、瑞士、俄罗斯等国家都在加紧超级电容器的开发，并研究超级电容器在电动车驱动和制动系统中的应用，而我国超级电容的研发较晚。 国内，电子部所率先研制出用于电子电路的容量为法拉级的产品,近年来,清华大学、上海交通大学、北京科技大学、哈尔滨工程大学、中科院电工研究所、解放军防化研究院、成都电子科技大学等,都开展了超级电容的基础研究和器件研制。其中,成都电子科技大学研制的基于碳纳米管一聚苯胺纳米复合物超级电容,能量密度达到了6.97Wh/kg,并具有良好的功率特性。在产业化方面，大庆华隆电子有限公司是首家实现超级电容器产业化的公司，其产品包括3.5V 、5.5V 、11V 等系列。北京金正平、石家庄高达、北京集星、江苏双登、锦州锦容和上海奥威等公司都开展了超级电容器的批量生产，并已在内燃机的电子启动系统、高压开关设备、电子脉冲设备、电动汽车等领域得到了应用。我国在超级电容器基础技术上的研究，以及产业化的形成，为开展超级电容器储能系统的研究和应用，奠定了良好的技术基础和物质条件。目前通过自主研发，我国成功研发出了3000F 超级电容器，经国家权威机构检测，静电容量3224.1F ，内阻0.256 m Ω,性能达到国际先进水平。 国外，2011年美国Nesscap Energy 公司与世界级的铁路车辆制造商CAF 达成协议将为西班牙主要城市的有轨电车提供超级电容，成为世界上最大的有轨机车用超级电容供应商。基于超级电容的储能系统可以使轻轨车辆在脱离输电线路电力供应时保持运行。当机车停止时，超级电容储能系统将在25秒内实现满负荷充电。通过储存刹车或机车加速时所产生的能量，超级电容可以帮助降低30%以上的轻轨或系统的能源消耗。此外，美国加州大学洛杉矶分校的研究小组实现了一个突破，用简单通用设备制造出超强功能的石墨烯电容器。这种电容器质量轻、储电量大、充电时间短，反复充电一万次不影响性能，并且即使在高压强下也能稳定放电，性能远远超过目前任何电化学电容器。而loxus 公司则发布了一种重大的电池改良