本书是《化学电源技术丛书》分册之一。全书共分8章，重点介绍了电化学电容器中双电层、碳材料、准电容、氧化钌材料、导电聚合物等的电容行为；影响电容器性能的电解质因素；电化学电容器的制备技术、生产方法及其研究进展等。全书章节编排逻辑性强、内容丰富、详略得当，具有理论结合技术、实用性强的特点。
本书适用于企业及科研院所从事化学电源研究、生产与应用的科研人员和技术人员，也可用于高校相关专业师生学习参考。 |
作为一种新型的储能装置，电化学电容器以其高功率和长寿命引起了众多研究者的注意，目前其已形成了专门的技术，并正在快速的发展中。
早在18世纪中叶，人类就制造出了用于存储电能的电容器，即莱顿瓶。但直到1957年，以Becker的专利为标志，人类才开始研究将大量电能存储在物质表面，像电池一样用于实际目的，揭开了电化学电容器研究开发的序幕。本书第1章，以绪论的方式简要地介绍了电化学电容器的发展历史和研发情况。电化学电容器与传统的电池在结构、制作工艺和性能测试等方面有很多相似之处，但在电荷存储机理和应用领域等方面又有一定的差异。因此，在本书第2章中，介绍了电化学电容器与电池的相似性与差别。原理上，电化学电容器的电能存储方式有两种，一种是将电荷存储在电极/电解质溶液界面处的电双层中，其中典型的是以高比表面积碳为电极材料；另一种是利用发生在电极表面的二维或准二维法拉第过程存储电荷，一般以某些过渡金属氧化物为电极材料，典型的代表是氧化钌。基于这种差别，本书在第3章和第4章对这两种机理及其代表性材料分别进行介绍。以导电聚合物为电极材料的电化学电容器，电能存储机制本质上是导电聚合物充放电时周期性地进行氧化态与还原态之间的转换，即利用的是氧化还原型准电容。但是，由于这些聚合物在其充电态时的类金属性质，产生的电容形式上又是双层型的。因此，本书另辟一章——第5章进行介绍。与电池一样，电解质是电化学电容器的重要组成部分，电解质性能对电容器的性能有重要影响。因此，在本书的第6章介绍与电化学电容器设计和性能有关的电解质因素。第7章和第8章分别介绍电化学电容器的制备技术和性能评价以及目前的技术进展。
由于电化学电容器技术正在快速的发展中，因此本书中的某些观点可能并不完全正确，或者是作者理解上的偏差；另外，由于作者水平的限制，书中不足之处在所难免，希望广大读者批评指正。
在本书的编写过程中，姜兆华教授、安茂忠教授、褚德威教授、李宁教授和哈尔滨工业大学电化学教研室的各位老师给予了各种指导和关怀，王德宇博士和化学工业出版社的相关编辑也给予了许多具体的帮助，在此一并表示感谢！
编者
2005年9月15日 |
第1章绪论1
11电容器发展的历史1
12本书的内容6
参考文献7
第2章电化学电容器与电池8
21概述8
211能量的存储8
212电容器和电池的电能存储模式8
22法拉第和非法拉第过程10
23电容器类型和电池类型11
231可区分的体系11
232电容器的设计和等效电路12
24电容器与电池电荷存储密度的差别13
241每个原子或每个分子的电子密度13
242电化学电容器和电池可获得的能量密度比较14
25电容器和电池充电曲线的比较15
26循环伏安法评估的电化学电容器和电池充放电行为的比较16
27Li嵌入电极——过渡行为18
28非理想极化电容器电极的充电19
29电化学电容器与电池性能的总体比较20
参考文献22
第3章双电层及碳材料的电化学行为23
31概述23
32双层模型、结构及双层的性质25
321双层的模型和结构25
322双层中二维电荷密度28
323双层溶液一侧的离子电荷密度和离子间距29
324电子密度变化30
325穿过双层的电场31
33双层电容和理想极化电极33
34非水电解质中双层的行为和非水电解质电容器35
341非水溶液介质中双层电容行为的基础工作36
342几种非水溶液中的双层电容行为比较39
35用于电化学电容器的碳材料42
36碳材料的表面性质和官能团44
37碳材料的双层电容49
38用于双层型电容器的碳材料的材料学问题54
381用于电容器碳材料的热处理和化学处理54
382用于电化学电容器的碳材料需要进行的基础研究57
383碳表面自由基团的电子自旋共振特征57
384氧与碳表面的相互作用59
385嵌入的影响60
参考文献61
第4章准电容及氧化钌材料的电化学行为63
41准电容的起因及其理论处理63
411准电容的电吸附等温线处理——热力学方法65
412准电容的动力学理论72
42几种重要的准电容80
421重要准电容的电势范围80
422氧化还原和嵌入准电容的起源81
423与阴离子特性吸附和局部电荷迁移现象有关的准电容84
424高比表面积碳材料上的准电容行为85
425区分准电容（C）和双层电容（Cdl）的方法85
43用于电化学电容器的氧化钌（RuO2）材料86
44氧化钌的制备、充放电机理及电化学行为91
441具有电容特性的RuO2膜的制备91
442电化学方法形成RuO2从单层到多层的转化92
443RuO2的状态和化学构造95
444RuO2的充放电机理98
445与RuO2和IrO2电极的循环伏安测试有关的氧化态100
446关于RuO2电容器材料充电机理的结论104
45氧化钌的其它性质及其它氧化物膜的准电容行为105
451RuO2充电和放电时的质量变化105
452RuO2电化学电容器电极的直流和交流响应行为106
453其它氧化物膜表现的氧化还原准电容行为107
454RuO2TiO2膜的表面分析和结构109
455RuO2TiO2复合电极的阻抗行为110
456IrO2的使用和行为112
457金属电极上氧化物膜行为的比较112
参考文献112
第5章导电聚合物膜的电容行为115
51概述115
52聚合工艺化学119
53导电聚合物与准电容有关的行为及循环伏安曲线的形式125
54以导电聚合物为活性材料的电容器系统的分类130
55其它方法的研究情况132
56其他进展138
参考文献139
第6章影响电容器性能的电解质因素141
61概述141
62电解质溶液的电导率及决定因素142
621电解质溶液的电导率142
622自由离子的迁移率146
623介电常数的作用和溶剂的给体性148
63电化学电容器研究中受到重视的电解质溶剂体系150
631水溶液介质150
632非水溶液介质150
633熔融电解质153
64非水溶剂及用于电化学电容器的非水电解质溶液的性质153
65电解质传导性与电化学可用的表面积关系及多孔电极电化学电容器的功率
性能159
66充电时阴阳离子的分离和其对电解质局部电导率的影响160
67离子溶剂化因素及溶液性质161
参考文献168
第7章制备技术及评价方法169
71用于测试材料性能的小型碳基电容器电极的制备169
72基于RuOx的电容器电极的制备172
73采用聚合物电解质膜的RuOx电容器的制备173
74电容器的装配173
75电化学电容器的实验性评价175
751循环伏安175
752阻抗测量电容器的装配176
753 恒电流充电或放电177
754 恒电位或恒功率充电和放电178
755 漏电流和自放电行为178
76其它方面的测试178
参考文献179
第8章技术发展180
81电化学电容器的开发和技术发展情况180
82对材料的要求183
821电极183
822 碳电极材料184
823 碳材料的活化185
824 氧化物及氧化还原准电容体系186
825导电聚合物电极187
826电解质体系187
827实际设计问题及电容器堆188
828双极性电极190
829电容器装置的电流分布191
8210按比例增大因素192
83技术现状194
831电极开发194
832氧化钌材料198
833其它方面的进展198
834自放电和热管理202
84影响电容器的其它可变因素204
841电容和电容器性能与温度的关系204
842充放电模式及倍率的影响207
85使用电化学电容器的安全性和对健康的损害207
86材料利用方面的近期进展208
87电化学电容器的商品化开发211
88电容器电池混合体系在电动车上的应用219
89其它220
891市场状况220
892专利技术的概括221
810结束语221
参考文献222 |
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