混合型超级电容器的研究进展-第4页-北极星储能网

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在充电过程中电解液中OH-向正极迁移并与Ni(OH)2发生反应，产生NiOOH且释放出电子。与此同时，K+向负极迁移，并在活性碳电极的表面吸附产生吸附电容。通过以上分析我们可以发现：在充电过程中的阴阳离子分离造成了电解质消耗的问题。

本课题组采用铁盐水解的方法，制备了beta-FeOOH化合物，该化合物在工作区间1.5—3.3V(vsLi+/Li)表现出良好的循环特性，并且其容量可以达到200mAh/g，比较适合作为电化学不对称电容器的负极[17]。将FeOOH和商用活性炭配对组装的不对称电容器，其工作区间在0—3V，比容量为30mAh/g，其实际能量密度可以达到碳/碳双电层电容器的2—3倍。对该体系进行倍率测试，发现其具有较好的倍率特性，在10C电流下工作，仍有80%的容量维持率，经过800次循环，基本无衰减。

3.2 Li4Ti5O12/活性炭混合电化学超级电容器

2001年美国Telcordia Technologies报道了有机电解质溶液系Li4Ti5O12/AC混合电容器[19]。这一混合体系分别以活性炭(AC)和Li4Ti5O12为正负极，其能量密度可达每公斤数十瓦时(接近目前铅酸蓄电池的能量密度水平)，50C倍率放电是5C倍率放电容量的75%，4000次循环后容量保持90%以上，有商品化的可能。采用同样的电极材料体系和2M的LiBF4/乙腈溶液制成的软包装模拟电容器，比能量达11Wh/kg，循环寿命可达100000次。如图2所示，在充电过程中，电解质中的阴离子向正极(活性炭)迁移并产生吸附电容，同时Li+向负极(Li4Ti5O12)迁移并发生嵌入反应。

该体系与一般双电层电容器的工作曲线如图3所示。Li4Ti5O12/AC体系的工作电压范围为1.5—2.8V或者更高，而一般的双电层电容器的工作电压基本在0—2.7V范围，根据体系能量密度计算公式：E=1/2CV2，该体系就可以得到几倍于双电层电容器的能量密度。

Li4Ti5O12/AC体系的能量密度在很大程度上取决于活性炭电极，由于活性炭材料在电极过程中发生阴离子的吸附脱附反应，该非法拉第过程所能够储存的能量有限，一般在有机体系中，活性炭材料的容量基本在100F/g左右。同样的，该体系的功率密度则在很大程度上取决于Li4Ti5O12材料，因为Li4Ti5O12的电极过程是锂离子的嵌入脱嵌反应，因此在反应速率上远不及活性炭电极的吸附脱附过程。Li4Ti5O12作为锂离子电池负极材料，对于石墨等碳材料而言，具有更好的安全性能、较高的可靠性和循环寿命长等优点，因此，近年来被认为可能在不对称电容器以及高功率储能电池方面得以应用。