RF超级电容器关键材料制备及应用 超级电容器的电极材料及电解质的种类 特点 制备方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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魏颖 著

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122311573

商品编码：25915906373

开本：16

电极和电解质是**电容器的重要组成部分，其种类和性质直接影响**电容器的各方面性能。本书在介绍**电容器的基本概念和研究进展的基础上，着重对**电容器的电极材料及电解质的种类、特点、制备方法和发展应用等进行阐述。电极材料涉及碳基电极材料、金属氧化物、导电聚合物等；电解质包括水系电解液、有机电解液、离子液体电解质、固态电解质等。全书取材丰富，在介绍传统电容器材料的同时，注意吸收当今电容器领域的**成就，运用大量图表对这些材料进行较为全面的概述和反映。

本书适合企业、科研院所等从事电容器研究和生产的科技人员阅读，也可供高等院校相关专业师生学习参考。

商品名称：	超级电容器关键材料制备及应用
营销书名：	通过大量图表，阐述电容器的电极材料及电解质的特点、制备方法、应用发展
作者：	魏颖 主编 张光菊、郎笑石 副主编
定价：	68.00
ISBN：	978-7-122-31157-3
关键字：	超级电容器;电极材料;电解质;电解质
重量：	328克
出版社：	化学工业出版社

开本：	16	装帧：	平
出版时间：	2018年03月	版次：	1
页码：	203	印次：	1

超级电容器又称电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，是传统静电电容器的1000-10000倍。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，受到了世界各国的高度重视。 

超级电容器关键材料制备及应用取材丰富，在介绍传统电容器材料的同时，注意吸收当今电容器领域的先进技术，运用大量图表对电极材料、电解质的种类、特点、制备方法和发展应用进行了较为全面的概述和反映。

 

 

 

电极和电解质是超级电容器的重要组成部分，其种类和性质直接影响超级电容器的各方面性能。本书在介绍超级电容器的基本概念和研究进展的基础上，着重对超级电容器的电极材料及电解质的种类、特点、制备方法和发展应用等进行阐述。电极材料涉及碳基电极材料、金属氧化物、导电聚合物等；电解质包括水系电解液、有机电解液、离子液体电解质、固态电解质等。全书取材丰富，在介绍传统电容器材料的同时，注意吸收当今电容器领域的新成就，运用大量图表对这些材料进行较为全面的概述和反映。 

本书适合企业、科研院所等从事电容器研究和生产的科技人员阅读，也可供高等院校相关专业师生学习参考。

 

第1章超级电容器简介001 

1.1电容器的历史发展001 

1.2超级电容器的定义及特性002 

1.2.1超级电容器定义002 

1.2.2超级电容器特性002 

1.3超级电容器的组成003 

1.3.1电极材料003 

1.3.2电解液004 

1.4电容器的分类007 

1.5应用008 

1.5.1电子行业008 

1.5.2电动汽车及混合动力汽车008 

1.5.3太阳能、风能发电装置辅助电源009 

1.5.4军事、航空航天009 

参考文献009 

第2章碳基电极材料011 

2.1活性炭011 

2.1.1活性炭的结构012 

2.1.2活性炭的性能特点013 

2.1.3活性炭的制备013 

2.1.4活性炭改性017 

2.1.5活性炭在超级电容器中的应用019 

2.2活性炭纤维023 

2.2.1活性炭纤维的结构023 

2.2.2活性炭纤维的性能及特点024 

2.2.3活性炭纤维的制备025 

2.2.4活性炭纤维的功能化026 

2.2.5活性炭纤维在超级电容器中的应用028 

2.3碳气凝胶029 

2.3.1碳气凝胶的结构029 

2.3.2碳气凝胶的性能030 

2.3.3碳气凝胶的制备031 

2.3.4碳气凝胶在超级电容器中的应用033 

2.4碳纳米管035 

2.4.1碳纳米管的结构035 

2.4.2碳纳米管的性能036 

2.4.3碳纳米管的制备038 

2.4.4碳纳米管在超级电容器中的应用040 

2.5石墨烯042 

2.5.1石墨烯的结构042 

2.5.2石墨烯的种类及定义043 

2.5.3石墨烯的性质044 

2.5.4石墨烯的制备045 

2.5.5石墨烯在超级电容器中的应用049 

参考文献054 

第3章金属氧化物062 

3.1贵金属氧化物062 

3.1.1晶态氧化钌电极材料和无定形水合氧化钌电极材料063 

3.1.2二氧化钌/碳复合电极材料063 

3.1.3二氧化钌/导电聚合物复合电极材料064 

3.1.4二氧化钌/其他氧化物复合电极材料064 

3.2过渡金属氧化物/氢氧化物065 

3.2.1氧化镍065 

3.2.2氧化钴和氢氧化钴066 

3.2.3氧化锰067 

3.2.4氧化铁068 

3.3金属氧化物复合材料069 

3.3.1不同金属氧化物复合材料069 

3.3.2碳/金属氧化物复合材料070 

参考文献072 

第4章导电聚合物075 

4.1导电聚合物电极材料075 

4.2导电聚合物电极材料的储能机理076 

4.3导电聚合物电极材料的种类078 

4.3.1复合型导电聚合物078 

4.3.2结构型导电聚合物079 

4.4导电聚合物电极材料的合成方法083 

4.4.1化学合成法083 

4.4.2电化学合成法084 

4.4.3光化学法084 

4.4.4复分解法085 

4.4.5浓缩乳液法085 

4.4.6等离子体聚合法085 

4.5导电聚合物在超级电容器中的应用085 

参考文献087 

第5章水系电解液091 

5.1酸性水系电解液094 

5.1.1电化学双电层电容器094 

5.1.2赝电容电容器095 

5.1.3混合型电容器095 

5.2碱性水系电解液097 

5.2.1双电层电容器097 

5.2.2赝电容电容器097 

5.2.3混合型电容器099 

5.3中性水系电解液099 

5.3.1双电层超级电容器100 

5.3.2赝电容电容器101 

5.3.3混合型电解质103 

5.4水系电解液的添加剂106 

5.4.1氧化还原添加剂——液体电解质106 

5.4.2氧化还原活性液体电解质111 

参考文献113 

第6章有机电解液119 

6.1双电层超级电容器有机电解液122 

6.1.1电解质盐124 

6.1.2有机溶剂132 

6.1.3添加剂142 

6.2赝电容超级电容器有机电解液143 

6.3混合型超级电容器有机电解液144 

参考文献145 

第7章离子液体电解质(液)151 

7.1纯离子液体电解质155 

7.1.1非质子型离子液体155 

7.1.2质子型离子液体157 

7.1.3功能化离子液体158 

7.2离子液体二元体系电解质163 

7.2.1离子液体与离子液体的混合163 

7.2.2离子液体与有机溶剂混合电解液165 

7.2.3离子液体与离子盐混合电解液166 

参考文献175 

第8章固态电解质179 

8.1无机固态电解质181 

8.2固态聚合物电解质183 

8.2.1聚环氧乙烷(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聚离子液体185 

8.3凝胶电解质190 

8.4复合固态聚合物电解质196 

8.4.1添加无机材料型固态聚合物电解质196 

8.4.2添加增塑剂型复合聚合物电解质197 

8.4.3聚合型复合聚合物电解质198 

参考文献198

 

魏颖，渤海大学化学化工学院，副教授，主要研究方向为功能性纳米复合材料的制备、性质及应用。主持国家自然科学基金一项, 作为主要完成人参与国家自然科学基金、863、973等数个项目的研究，发表相关学术论文20余篇，授权专利7项。

《新型储能材料的科学与工程》 引言 随着全球能源需求的不断增长以及对可持续能源解决方案的日益关注，新型储能技术的研究和开发变得至关重要。在众多储能技术中，超级电容器以其高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力，在便携式电子设备、电动汽车、智能电网等领域展现出巨大的应用潜力。超级电容器的性能很大程度上取决于其关键材料，包括电极材料和电解质。本书将深入探讨当前新型储能材料，特别是聚焦于电极材料和电解质的最新研究进展、关键技术挑战以及未来发展方向。 第一部分：超级电容器电极材料 超级电容器的电极材料是影响其能量密度、功率密度、循环稳定性和成本的关键因素。本部分将详细介绍各类具有代表性的超级电容器电极材料，并对其特性、制备方法及应用潜力进行深入剖析。 1. 碳基电极材料 碳材料因其优良的导电性、丰富的表面积、良好的化学稳定性和较低的成本，一直以来都是超级电容器研究的热点。 活性炭 (Activated Carbon): 活性炭是目前最广泛应用的超级电容器电极材料之一。其制备方法多样，包括物理活化法（如水蒸气活化、CO2活化）和化学活化法（如KOH、ZnCl2活化）。通过调控活化条件，可以获得不同孔径分布和比表面积的活性炭。活性炭的特点是成本低廉、易于大规模制备，但能量密度相对较低，且其电化学性能受制备方法和孔结构的影响较大。本书将详细介绍不同制备工艺对活性炭微观结构和电化学性能的影响，并探讨通过表面修饰来提升其储能性能的策略。 碳纳米管 (Carbon Nanotubes, CNTs): 碳纳米管具有极高的比表面积、优异的导电性和良好的机械强度。其制备方法主要包括化学气相沉积法 (CVD) 和电弧放电法。CNTs在超级电容器中的应用可以显著提高功率密度和循环稳定性。然而，CNTs的制备成本较高，且容易发生团聚，影响其电化学性能的发挥。本书将重点阐述不同类型CNTs（单壁、多壁）的结构特点、导电机制，以及如何通过功能化和复合化来解决其团聚问题，提高电极的利用率和储能效率。 石墨烯 (Graphene): 石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，拥有极高的理论比表面积、卓越的导电性和良好的机械性能。石墨烯的制备方法包括机械剥离法、化学气相沉积法 (CVD)、氧化还原法等。在超级电容器领域，石墨烯及其衍生物（如氧化石墨烯GO、还原氧化石墨烯rGO）展现出巨大的潜力，能够显著提升电容性能。本书将深入分析石墨烯的层状结构、电子传输特性，以及如何通过调控其层间距、引入缺陷和与其他材料复合，来优化其在超级电容器中的电化学行为。 碳气凝胶 (Carbon Aerogels): 碳气凝胶具有三维网络结构、极高的孔隙率和比表面积，以及优异的导电性。其制备方法通常涉及溶胶-凝胶过程，随后进行干燥和碳化。碳气凝胶作为电极材料，能够提供丰富的离子传输通道，从而实现高倍率性能。本书将详细介绍不同碳源（如聚合物、酚醛树脂）制备碳气凝胶的工艺，并探讨其在提高能量密度和功率密度方面的作用。 多孔碳材料 (Porous Carbon Materials): 除了上述典型的碳材料，本书还将介绍其他多种多孔碳材料，如碳球、碳纤维、多孔石墨等。这些材料的设计和制备旨在优化孔结构，平衡表面积与导电性，以满足不同应用场景的需求。 2. 金属氧化物及氢氧化物基电极材料 金属氧化物和氢氧化物（例如 RuO2, MnO2, Ni(OH)2, Co3O4 等）通过赝电容效应提供比双电层电容更高的能量密度。 金属氧化物 (Metal Oxides): 氧化钹 (RuO2) 是最早被研究的赝电容材料，具有优异的电容性能，但成本高昂，限制了其大规模应用。其他金属氧化物，如二氧化锰 (MnO2)、三氧化二钴 (Co3O4)、三氧化二铁 (Fe2O3) 等，因其储量丰富、成本较低而受到广泛关注。本书将重点解析这些金属氧化物材料的氧化还原反应机理，以及如何通过形貌调控（如纳米线、纳米片、纳米颗粒）来提高其比表面积和离子扩散效率，从而增强赝电容效应。 金属氢氧化物 (Metal Hydroxides): 氢氧化镍 (Ni(OH)2)、氢氧化钴 (Co(OH)2) 等也表现出良好的赝电容性能。本书将介绍这些材料的制备方法，如沉淀法、水热法，并探讨其在不同电解质体系中的电化学行为。 3. 导电聚合物基电极材料 导电聚合物，如聚苯胺 (PANI)、聚吡咯 (PPy)、聚噻吩 (PTh) 等，可以通过掺杂/去掺杂过程存储电荷，具有高比容量和结构可调性。 导电聚合物 (Conducting Polymers): 导电聚合物因其可设计性强、成本相对较低，以及在电化学过程中伴随的氧化还原反应（赝电容），在提高能量密度方面具有优势。本书将深入探讨导电聚合物的聚合机理、掺杂过程对性能的影响，以及如何通过共聚、复合等手段来提高其循环稳定性和导电性。 4. 复合电极材料 为了克服单一材料的缺点，并充分发挥不同材料的协同效应，复合电极材料的研究日益受到重视。 碳材料与金属氧化物/氢氧化物的复合: 将金属氧化物或氢氧化物纳米结构负载在碳材料（如石墨烯、碳纳米管）表面，可以显著提高其导电性，抑制体积膨胀，并提供更多的活性位点。本书将详细介绍不同制备方法（如原位生长法、浸渍-还原法）来制备这类复合材料，并分析其在提升储能性能中的协同作用。 导电聚合物与碳材料的复合: 将导电聚合物与碳材料复合，可以提高导电聚合物的导电性，并利用碳材料的孔隙结构改善离子传输。 其他复合材料: 介绍如MXenes、金属有机框架 (MOFs) 等新型材料在超级电容器电极中的应用，以及它们与传统材料的复合策略。 第二部分：超级电容器电解质 电解质在超级电容器中扮演着连接电极、传输离子的关键角色，其性质直接影响电容器的功率性能、工作电压、安全性及工作温度范围。本部分将全面介绍各类超级电容器电解质的种类、特点、制备方法及发展趋势。 1. 水系电解质 水系电解质具有成本低廉、离子导电性高、安全环保等优点，是最早也是最常用的电解质体系。 碱性电解质: 如KOH、NaOH溶液，导电性高，但工作电压窗口较窄（约1V）。 酸性电解质: 如H2SO4溶液，也具有高导电性，但对电极材料的腐蚀性较强。 中性盐溶液: 如KCl、NaCl、Na2SO4溶液，安全性高，但导电性相对较低。 本书将重点分析不同水系电解质的离子导电率、电化学稳定性窗口，以及它们与不同电极材料的相容性。 2. 有机电解质 有机电解质通常是指在有机溶剂中溶解的离子的电解质，具有较宽的工作电压窗口（可达2.5-3V），从而提高能量密度。 常用溶剂: 如乙腈 (ACN)、碳酸亚乙酯 (EC)、碳酸二甲酯 (DMC) 等。 常用电解质盐: 如四乙基铵四氟硼酸盐 (TEABF4)、四丁基铵四氟硼酸盐 (TBABF4) 等。 特点与挑战: 有机电解质能量密度高，但易燃易挥发，存在安全隐患，且成本相对较高。本书将深入探讨不同溶剂-盐组合的性能特点，以及如何通过添加剂来改善其安全性和电化学稳定性。 3. 离子液体电解质 离子液体 (Ionic Liquids, ILs) 是一种在室温或接近室温下呈液态的盐，具有零挥发性、高热稳定性、宽电化学窗口和良好的导电性。 构成: 通常由有机阳离子和无机/有机阴离子组成。 优点: 离子液体在提高超级电容器的安全性、工作温度范围和能量密度方面具有显著优势。 制备与特性: 本书将介绍不同类型的离子液体，包括咪唑类、吡咯烷酮类等，以及它们的制备方法和物化性质，并重点分析其在超级电容器中的应用潜力。 4. 固态电解质 固态电解质能够完全消除有机电解质的漏液和易燃问题，是实现高安全性超级电容器的关键。 聚合物固态电解质: 将锂盐或铵盐掺入聚合物基体（如PEO, PVDF）中形成。 无机固态电解质: 如氧化物陶瓷电解质、硫化物固态电解质。 凝胶聚合物电解质: 结合了液态和固态电解质的优点。 本书将详细介绍各类固态电解质的导电机制、机械性能、界面稳定性，以及当前面临的挑战，如低离子导电率、制备工艺复杂等，并探讨解决这些问题的策略。 第三部分：关键技术与未来展望 1. 材料设计与性能优化 纳米化与形貌控制: 通过纳米技术制备具有高比表面积、优良导电性和催化活性的材料。 表面功能化与修饰: 改善材料的表面性质，提高与电解质的界面相容性。 复合材料设计: 利用不同材料的协同效应，克服单一材料的局限性。 2. 制备工艺的创新 绿色与低成本制备: 探索环境友好、低能耗、低成本的大规模制备方法。 原位合成与自组装: 利用自组装技术构建具有有序结构的电极材料。 3. 界面工程 优化电极-电解质界面: 降低界面电阻，提高离子传输效率。 固态电解质与电极的界面兼容性: 解决固态电解质在界面处的接触问题。 4. 安全性与可持续性 开发高安全性电解质: 避免使用易燃易挥发的有机溶剂。 环境友好的材料选择与制备。 5. 新型储能器件的设计与集成 高能量密度与高功率密度并存的设计。 柔性与可穿戴储能器件。 微型超级电容器。 结论 本书通过对超级电容器电极材料和电解质的深入剖析，旨在为相关领域的科研人员、工程师和学生提供一个全面、系统的知识框架。未来的研究将继续聚焦于开发高性能、低成本、高安全性的新型储能材料，以及优化材料制备工艺和器件集成技术，从而推动超级电容器在更广泛领域内的应用，为实现可持续能源发展做出贡献。

评分☆☆☆☆☆

从材料科学的角度出发，我一直对构成高性能超级电容器的基石——电极材料和电解质——的制备工艺和性能调控着迷。我知道，超级电容器的能量密度和功率密度很大程度上取决于电极材料的比表面积、孔隙结构、导电性以及电解质的离子电导率和电化学稳定性。我尤其想深入了解如何通过先进的材料制备技术，例如水热法、溶胶凝胶法、模板法以及电化学沉积等，来精确控制这些材料的微观结构和纳米形貌，从而优化其电化学性能。我对不同种类的碳材料（如活性炭、碳纳米管、石墨烯），金属氧化物（如RuO2、MnO2、NiO）以及导电聚合物（如聚苯胺、聚吡咯）的制备方法及其对应的性能表现有着强烈的学习欲望。同时，对于电解质，我想了解各种有机电解液、水系电解液以及固态电解质的优缺点，特别是如何通过改进电解质配方来提高其离子电导率、拓宽电化学窗口并增强安全性。如果这本书能够提供关于这些材料制备过程的原理、实验步骤以及性能评价的详细介绍，并能对不同制备方法的优劣进行对比分析，那将对我深入理解超级电容器的材料科学基础，并探索新的高性能材料设计策略提供极其宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

我对超级电容器作为下一代能量存储技术充满期待，并希望深入了解其背后的科学原理和工程实现。尤其是在快速发展的电动交通和智能电网领域，高效、可靠的储能解决方案至关重要。我一直关注超级电容器在提升功率输出、缩短充电时间以及延长设备使用寿命方面的巨大潜力。因此，对于构成超级电容器核心的电极材料和电解质，我有着非常迫切的学习需求。我希望这本书能够全面介绍当前主流的电极材料，包括它们的微观结构、表面特性以及如何通过不同的制备技术来优化其性能，例如如何提高比表面积、增强导电性以及稳定循环性能。同时，我也对不同种类的电解质，如固态电解质、凝胶电解质以及新型离子液体电解质，其离子传输机制、电化学稳定性以及它们与电极材料之间的界面行为有着浓厚的兴趣。我相信，对这些关键材料的深入理解，以及对其制备方法的研究，是推动超级电容器技术进步的关键。如果这本书能够提供关于这些材料制备过程的详细指导，包括关键的反应条件、后处理工艺以及性能表征方法，那将极大地帮助我理解其科学基础，并为我未来的研究方向提供清晰的指引。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题引人入胜，尤其对于我这样对新能源储存技术充满好奇的读者来说。我一直对超级电容器的潜力感到兴奋，特别是它们在快速充电和长寿命方面的优势，这在电动汽车和便携式电子设备领域有着巨大的应用前景。然而，市面上关于超级电容器的书籍往往要么过于学术，充斥着晦涩的公式和理论，要么过于浅显，只停留在概念层面，难以深入了解其核心技术。我特别希望能找到一本能够清晰阐述超级电容器的关键材料，例如电极材料和电解质，它们的种类繁多，各自的优势劣势在哪里，以及最重要的，如何有效地制备这些高性能材料的图书。我对诸如碳纳米管、石墨烯、导电聚合物等新型电极材料的制备工艺及其对超级电容器性能的影响非常感兴趣。同时，对不同类型的电解质，包括水系、有机系和离子液体电解质，在稳定性、离子电导率和工作电压窗口方面的差异，以及它们如何与电极材料协同工作，有着强烈的求知欲。如果这本书能够提供详实的实验数据和案例分析，那就再好不过了，这将极大地帮助我理解理论与实践之间的联系，并为我未来的研究或学习提供宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对能量存储领域有初步了解的工程师，我一直在寻找能够帮助我深入理解超级电容器核心技术的参考资料。我的工作涉及到对不同能量存储方案的评估和选择，而超级电容器因其独特的能量密度和功率密度平衡，在某些特定应用场景下展现出不可替代的优势。然而，要真正掌握这一技术，就必须对其关键组成部分——电极材料和电解质——有深刻的认识。我渴望了解不同电极材料，如活性炭、金属氧化物、导电聚合物以及新兴的二维材料（如石墨烯和MXene），它们在比表面积、孔隙结构、导电性和电化学稳定性等方面的差异，以及这些特性如何直接影响超级电容器的电容和循环寿命。同样重要的是，我对各种电解质的特性，包括其离子导电性、电化学窗口、工作温度范围以及对环境的友好性，有深入的探索需求。特别是，我希望这本书能够详细介绍这些材料的制备方法，从实验室的小规模合成到工业化生产的可能性，其中涉及的工艺流程、关键参数控制以及可能遇到的挑战，都将是我重点关注的内容。如果这本书能够提供对这些制备技术进行系统性梳理和比较，并给出相关的优化策略，那将对我未来的技术选型和方案设计提供巨大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对能源技术进步充满热情的学生，我一直在寻找能够系统性地介绍超级电容器关键技术细节的图书。我理解超级电容器之所以能够实现快速充放电和长寿命，很大程度上归功于其独特的电极材料和电解质设计。我非常渴望能够通过阅读这本书，深入了解不同种类的电极材料，例如各种碳材料（活性炭、石墨烯、碳纳米管）、金属氧化物、金属硫化物以及导电聚合物，它们在储能机制、比表面积、孔隙度以及电子导电性等方面的差异。更重要的是，我希望能够清晰地学习到这些材料是如何被制备出来的，包括具体的实验步骤、反应条件以及可能的优化方向，这对于我未来进行相关的实验研究至关重要。同样，我对电解质的种类和特性有着浓厚的兴趣，包括水系电解质、有机电解质、离子液体电解质以及固态电解质，了解它们各自的工作电压范围、离子导电性、稳定性和安全性，以及它们与电极材料之间的匹配关系。如果这本书能够提供这些知识的全面梳理，并包含一些典型的制备案例和性能测试结果，那将极大地帮助我建立对超级电容器核心材料的全面认识，并为我的学术研究打下坚实的基础。