超级电容器用活性炭国产化关键化学与化工问题

2021-09-28 03:35:58孔庆强黄显虹王振兵郭晓倩谢莉婧苏方远孙国华陈成猛

化工进展 2021年9期

孔庆强，黄显虹，王振兵，郭晓倩，谢莉婧，苏方远，孙国华，陈成猛

（1 中国科学院山西煤炭化学研究所，山西太原 030001；2 中国科学院大学，北京 100049）

超级电容器是介于传统电容器和电池之间的一种新型储能装置，具有如下性能优势：①超高电容量，其比容量通常为传统电解电容器的数十倍乃至上百倍；②高功率密度，输出功率密度一般为1～10kW/kg，是化学电池的数百倍；③超长循环寿命，炭基超级电容器的寿命高达50～100 万次；④使用温度范围宽，可在-40～70℃范围正常进行充放电[1-7]。基于以上性能优势，超级电容器在电磁弹射、激光武器等军事领域率先应用，近年来逐渐在智能四表（水表、电表、热表、燃气表）、电动汽车、轨道交通、风电和智能电网等领域广泛应用[8-11]。

根据其储能机理，可将超级电容器分为三类，即双电层电容器、准电容器和混合电容器[5]。其中，双电层电容器基于炭/电解液界面的双电层储能，基本为物理过程，因而具有超长的循环使用寿命，现已进行成熟的商业化应用，也是目前市场的主流。对于双电层电容器，电极材料是其核心组成部分，一般选用高比表面积的炭材料[12]（如活性炭[13-15]、活性碳纤维[16-17]、介孔炭[18-19]、炭气凝胶[20-21]、碳纳米管[22-23]、石墨烯[24-27]等），其中活性炭使用最为广泛。

本综述首先对超级电容器用活性炭（以下简称“电容炭”）的理化指标对其电化学性能影响进行详细讨论，随后介绍电容炭产业现状及生产过程中的典型化工问题，以期为电容炭的国产化批量制备提供思路。