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摘 要

超级电容器因其高功率密度、充放电速度快、循环寿命长、便于维护等优良的性能和研发潜力在新能源动力、辅助供电系统等方面发挥着重要作用。本文从超级电容器的概念出发，对超级电容器的分类、特点、原理、发展过程及初步应用做了综述。对双电层超级电容器的理论模型的改进与完善，以及法拉第准电容的储能机理进行了详细的理论分析。详细分析了Helmholtz模型、Guoy模型、Stern修正模型理论，说明了法拉第准电容（赝电容）发生高度可逆氧化还原反应的电化学和动力学原理。后进一步介绍了超级电容器中金属氧化物材料和导电聚合物材料的作用原理、分类及特点，并说明了贵金属氧化物、过渡金属氧化物、导电聚合物材料的研究现状，为进行实验作了知识与原理准备。重点介绍了聚合物基复合导电材料的原理及本课题中用以实验的聚偏氟乙烯、炭黑等的性质，然后阐述了课题实验部分的详细内容并对结果进行了分析。最后展望了对超级电容器的发展趋势和研究方向。

关键词：超级电容器，双电层电容器，赝电容，聚合物基复合导电材料

Abstract

Supercapacitors play an important role in new energy power, auxiliary power supply systems, etc. because of their high power density, high charge and discharge speed, long cycle life, and ease of maintenance. This paper starts with the concepts of supercapacitors and reviews the classification, characteristics, principles, development process and preliminary applications of supercapacitors. The theoretical model of the double-layer supercapacitor is improved and perfected, and the energy storage mechanism of the Faraday quasi-capacitor is analyzed in detail. The Helmholtz model, the Guoy model, and the Stern modified model theory are analyzed in detail. The electrochemical and kinetic principles of the highly reversible oxidation-reduction reaction of a Faraday quasi-capacitor (tantalum) capacitor are described. Afterwards, the principle, classification and characteristics of metal oxide materials and conductive polymer materials in supercapacitors were further introduced. The research status of noble metal oxides, transition metal oxides, and conductive polymer materials was also described, and knowledge was made for experiments. Prepared with principles. The principle of polymer-based composite conductive materials and the properties of polyvinylidene fluoride, carbon black, etc. used in the experiment were highlighted. Then the detailed contents of the experimental part of the project were described and the results were analyzed. Finally, we look forward to the development trend and research direction of supercapacitors.

KEY WORDS: Supercapacitors, electric double-layer capacitors, pseudocapacitance, polymer-based composite conductive materials

目 录

摘要 I

Abstract i

第一章 绪论 1

1.1 超级电容器简介 1

1.1.1 超级电容器的定义及特点 1

1.1.2 超级电容器的发展与应用 1

1.2 超级电容器的分类 2

1.2.1 双层电容器 2

1.2.2 赝电容电容器 5

第二章 实验方法及分析 10

2.1 实验原理分析 10

2.2 实验详情 10

2.3 超级电容器性能测定与分析 11

2.4 总结与展望 12

致 谢 14

参考文献 15

绪论

当今社会面临严重的环境问题和能源问题，可持续发展和低碳经济的理念成为工业生产和经济发展的主流。各国研究者们纷纷致力于可再生能源、清洁能源的研发。相较于传统的储能设备、供电设备，超级电容器因其性能的优越性，成为了科学研究的焦点。在风力发电、水利发电等设备中，超级电容器可以作为辅助电源，以保证电力输出的稳定性；而在移动电子设备上，受限于其日常使用及便携性的限制，超级电容器的相关研究有改善其电池的续航问题的潜力；对于新能源汽车或混合动力汽车，超级电容器以其较高的功率密度，可以在汽车需要即时大功率供电的场景下发挥巨大作用。

超级电容器简介

超级电容器的定义及特点

超级电容器（supercapacitor）狭义地讲，是电化学电容器（eletrochemical capacitor，电化学电容器），是一种定位于传统蓄电池和电容器之间的具有优良特性的储能装置。

超级电容器的充/放电及储能机理不涉及化学反应，只是一个物理过程，具有高度的可逆性，因此，它具有超长的使用寿命。另外超级电容器可实现快速充放/电、大电流放电，又因其可存储电荷量远超常规电容器，即具有类似电池的储能作用，在某些应用领域具有广阔的应用前景。

广义地讲，“超级”电容器是关键性能参数远超一般电容器的器件，高介电常数电介质储能材料的研究也属于此范畴。通过寻找、制备有高介电常数的新型材料，可以实现传统电容结构下产生高电容量的目的。

超级电容器具有以下的特点：

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