電化學(xué)超級(jí)電容器

內(nèi)容概要

電化學(xué)超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)靜電電容器與電池之間的全新的能量貯存器件，由于其容量密度極大，從而適合工作于要求瞬間釋放超大電流的場(chǎng)合。     本書給出了這種電容器系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)的綜合描述。其中包括背景科學(xué)的基本細(xì)節(jié)，以及電極動(dòng)力學(xué)和界面電化學(xué)的基本概念、電極化理論、多孔電極以及用以提高比率容量的導(dǎo)電聚合物。這樣，了解和學(xué)習(xí)本書提出的資料，將不需要頻繁地去參考其他物理化學(xué)或電化學(xué)的教科書。     本書收集資料廣泛，內(nèi)容新穎，并納入了作者本人多年來的實(shí)驗(yàn)成果。對(duì)從事電化學(xué)及能源領(lǐng)域研究與應(yīng)用的技術(shù)人員具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。

書籍目錄

第1章  導(dǎo)論及歷史回顧  1.1  歷史概述  1.2  本書范圍  參考文獻(xiàn)第2章  超大容量電容器和電池存貯電能的相似和差異  2.1  引言    2.1.1  能量存貯系統(tǒng)    2.1.2  電容器和電池的貯能模式  2.2  法拉第與非法拉第過程    2.2.1  非法拉第模式     2.2.2  法拉第模式  2.3  電容器和電池類型     2.3.1  可識(shí)別系統(tǒng)    2.3.2  電池設(shè)計(jì)和等效電路  2.4  電容器和電池存貯電荷密度的差異    2.4.1  單原子或單分子電子密度    2.4.2  電化學(xué)電容器和電池容許能量密度的比較  2.5  電容器和電池充電曲線的比較  2.6  通過循環(huán)伏安曲線評(píng)價(jià)與比較電化學(xué)電容器和電池單元的充放電狀態(tài)  2.7  Li插入式電極——過渡特性   2.8  非理想極化電容器電極的充電過程   2.9  電化學(xué)電容器和電池特性比較概述  參考文獻(xiàn)  一般參考讀物第3章  電極過程熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)  3.1  引言  3.2  電極過程熱力學(xué)  3.3  與電極電勢(shì)相關(guān)的能量因素  3.4  金屬電極上電極反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)     3.4.1  電流和速率方程    3.4.2  平衡狀態(tài)附近（低過電位η）Butler?Volmer公式的線性化  3.5  交換電流密度i0的圖形化描述及平衡態(tài)附近的行為   3.6  電極動(dòng)力學(xué)中擴(kuò)散控制的產(chǎn)生  3.7  初始電子轉(zhuǎn)移后續(xù)步驟速率控制的動(dòng)力學(xué)  3.8  電極動(dòng)力學(xué)中的雙電層效應(yīng)  3.9  電極電容行為的電學(xué)響應(yīng)表征  3.10  電容器性能的電化學(xué)表征所需的儀器和電解池    3.10.1  電解池與參比電極    3.10.2  儀器    3.10.3  雙電極裝置的測(cè)試   參考文獻(xiàn)  一般參考讀物第4章  電容器電極相界離子與雙電層研究中的靜電學(xué)原理  4.1  引言  4.2  靜電學(xué)基礎(chǔ)    4.2.1  庫侖規(guī)律：電勢(shì)和電場(chǎng)，介電常數(shù)的重要意義  4.3  作用力線和電場(chǎng)強(qiáng)度——定理  4.4  電容器的電容  4.5  電荷表面形成的電場(chǎng)：高斯關(guān)系  4.6  泊松方程：三維介質(zhì)中的電荷   4.7  電荷的能量  4.8  電場(chǎng)中電介質(zhì)的電壓  4.9  分子水平的電極化響應(yīng)    4.9.1  電場(chǎng)中的原子和分子：電子極化     4.9.2  永久偶極子與電場(chǎng)的相互作用  4.10  電場(chǎng)中的原子和分子：介電特性和介電極化    4.10.1  電介質(zhì)    4.10.2  雙電層中的溶劑分子極化和離子電場(chǎng)    4.10.3  復(fù)雜分子的偶極矩    ……第5章  電容器的介電特性及電介質(zhì)極化理論第6章  電容器電極界面雙電層的結(jié)構(gòu)與雙電層電容第7章  電極界面雙電層理論論述及模型第8章  非水電解質(zhì)和非水電解質(zhì)電容器的雙電層特性 第9章  碳雙電層和表面官能度第10章  基于贗電容的電化學(xué)電容器第11章  電化學(xué)電容器材料氧化釕（RuO2）的電化學(xué)性能 第12章  電化學(xué)活性聚合物導(dǎo)電膜的電容特性第13章  超級(jí)電容器電解質(zhì)的設(shè)計(jì)和性能：電導(dǎo)率、離子對(duì)和溶解作用第14章  多孔電極的電化學(xué)特性及其在電容器中的應(yīng)用第15章  電能貯存器件的能量密度和功率密度第16章  電化學(xué)電容器及其他電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗特性第17章  雙電層電容器頻率響應(yīng)的各種電路及模型的阻抗特性分析 第18章  與電池自放電相關(guān)的電化學(xué)電容器自放電第19章  電化學(xué)電容器制備和性能評(píng)價(jià)實(shí)踐第20章  技術(shù)發(fā)展 第21章  專利概覽

媒體關(guān)注與評(píng)論

　　前言　　電化學(xué)能量產(chǎn)生的系統(tǒng)源自于1800年Volta“伏打電”的發(fā)現(xiàn)，以及19世紀(jì)以多種形式的發(fā)展。大約在這個(gè)階段末期，可逆充電電池對(duì)于電能的貯存和應(yīng)用便成為應(yīng)用電化學(xué)的主要發(fā)展方向，并且20世紀(jì)在工藝上得到了很好的改進(jìn)。它們還在工業(yè)電化學(xué)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中占據(jù)一個(gè)較大的份額。　　但是，近年來由于1957年的專利，發(fā)展了一種新型的可逆電化學(xué)能量貯存系統(tǒng)，它采用涉及電極界面雙電層充放電的電容，或附加涉及電吸收過程或表面氧化還原反應(yīng)的贗電容。其中第一種情況，活性電極材料每克數(shù)十法拉的大界面容量，可用高比表面積的炭顆粒、碳纖維或碳?xì)肢@得，而第二種情況，大的贗電容則可采用相當(dāng)高比表面積的氧化物或?qū)щ娋酆衔锏玫?，其中法拉第電荷（Ｑ）傳遞的量與電極電位(V)具有函數(shù)關(guān)系，從而引出了相應(yīng)于電容量的導(dǎo)數(shù)ｄＱ／ｄＶ。　　這種高比電容值，特別是雙電層型電容器，被發(fā)覺作為電能量貯存系統(tǒng)時(shí)，能提供高的充放電功率密度，而循環(huán)壽命為１０５～１０６量級(jí)，該值為傳統(tǒng)電池的很多倍。如今這種不同用途的電化學(xué)電容器或所謂“超級(jí)電容器”已被人們認(rèn)識(shí)，而用以作為電池補(bǔ)充的功率源的發(fā)展方向亦已被很好地確立。　　本專著的一個(gè)重要見解，是它給出了這種電容器系統(tǒng)一個(gè)綜合的描述。其目的在于在該領(lǐng)域內(nèi)建立一個(gè)自含的、統(tǒng)一的處理方法，其中包括背景科學(xué)(例如，雙電層電容概念，贗電容原理，用于電化學(xué)電容器的電解質(zhì)溶液)的基本細(xì)節(jié)，以及電極動(dòng)力學(xué)和界面電化學(xué)的基本概念，電極化理論，多孔電極，以及用以提高比率容量的導(dǎo)電聚合物。這樣，了解和學(xué)習(xí)本書提出的資料，將不需要頻繁地去參考其他物理化學(xué)或電化學(xué)的教科書?！　”緯闹邪芏嘤靡哉f明的插圖和在各章之間的交叉參考資料，并包括很多文獻(xiàn)資料。為了使讀者方便，有三四幅圖在不同的章節(jié)中重復(fù)使用，以避免讀者必須在前后頁搜尋，其中還列出了交叉參考資料?！　∽髡咴谠擃I(lǐng)域內(nèi)的工作源于ContinentalGroupInc?與Ottawa大學(xué)電化學(xué)組間的研究合同。在此我們要感謝H?Angerstein?Kozlowska，V?Birss，J?Wojtowicz等博士及訪問教授S?Hadzi?Jodanov(Skopje大學(xué))，與ContinentalGroup電氣工程師DwightCraig等人于1975～1981年期間所進(jìn)行的工作。近期該領(lǐng)域內(nèi)新的研究工作正在Ottawa大學(xué)進(jìn)行，得到加拿大自然科學(xué)與工程委員會(huì)資助。關(guān)于這項(xiàng)工作，謹(jǐn)向W?J?Pell博士與T?C?Liu先生致以謝意。　　作者還要特別感謝紐約OcciidentalChemicalCorp?的B?V?Tilak博士在手稿提交出版前的嚴(yán)格審閱，以及他對(duì)于附錄和校正稿的建議。對(duì)Tilak博士和S?Sarangapani博士(ICETInc?，Norwood?Mass?)給予第20章有關(guān)技術(shù)發(fā)展細(xì)節(jié)的審查，特別是對(duì)他們有關(guān)這一章所處理的主題十分有條理的組織的建議表示感謝。還要對(duì)S?Gottesfeld博士(LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)和J?Miller博士(J?M?Inc?，ShakerHeights，Ohio)分別對(duì)導(dǎo)電聚合物及交流阻抗有關(guān)內(nèi)容的審閱。我們還要對(duì)J?Miller博士允許復(fù)制他們?cè)陔娙萜鹘涣髯杩箿y(cè)定方面的一些計(jì)算機(jī)圖表表示感謝?！　∽髡哌€要特別感謝S?P?Wolsky博士和N?Marincic博士，允許引用他們?cè)?991～1997年期間在DeerfieldBeach以及在BocaRaton，F(xiàn)la?舉行的，由FloridaEducationalSeminarsInc?(文中縮寫為FES)贊助的電化學(xué)電容器研討會(huì)論文集中發(fā)表的圖與表。　　最后特別要感謝DeniseAnge，她非常高效地為本書所有章節(jié)的幾次手稿和初稿準(zhǔn)確地打字，并進(jìn)行仔細(xì)的核對(duì)工作。還要感謝EvaSzabo繪制大部分插圖。

編輯推薦

　　《電化學(xué)超級(jí)電容器：科學(xué)原理及技術(shù)應(yīng)用》收集資料廣泛，內(nèi)容新穎，并納入了作者本人多年來的實(shí)驗(yàn)成果。對(duì)從事電化學(xué)及能源領(lǐng)域研究與應(yīng)用的技術(shù)人員具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。

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