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技術(shù)問(wèn)答

鋰電池生產(chǎn)中需要用到活性炭嗎

發(fā)布時(shí)間:2022-12-01點(diǎn)擊:次

超級(jí)電容器活性炭應(yīng)用開發(fā),展現(xiàn)了與電池媲美的可能性,既可以充放電率高,也可以非常實(shí)惠的生產(chǎn)處理。電容器是類似于電化學(xué)電池的能量存儲(chǔ)介質(zhì)。與其他能源解決方案(如化石燃料)相比,大多數(shù)電池能夠儲(chǔ)存大量的能源相對(duì)來(lái)說(shuō)效率較低。通常說(shuō),1kg電化學(xué)電池能夠產(chǎn)生比1升汽油少得多的能量;但這種計(jì)算比較是非常模糊的,在數(shù)學(xué)上不合邏輯,應(yīng)該被忽略。事實(shí)上,一些電化學(xué)電池可以相對(duì)有效的產(chǎn)生能量,但是在商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用(例如運(yùn)輸)中替代化石燃料的電池的主要限制因素并沒(méi)有得到解決,主要是充電時(shí)間慢。所以,到最后才發(fā)現(xiàn)新材料超級(jí)電容器活性炭。

超級(jí)電容器里面為什么要加活性炭呢?理由如下:

超級(jí)電容器里加活性炭能夠容納數(shù)百倍標(biāo)準(zhǔn)電容器的電荷量,因此適用于許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中的電化學(xué)電池的替代。超級(jí)電容活性炭可以在非常低的溫度工作,這種情況可以防止許多類型的電化學(xué)電池停止工作。由于這些原因,加入活性炭材料的超級(jí)電容器已經(jīng)被用于應(yīng)急無(wú)線電和手電筒中,其中能夠動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生能量(例如通過(guò)纏繞手柄),然后存儲(chǔ)在用于裝置的超級(jí)電容器中使用。

傳統(tǒng)的電容器由兩層由絕緣體隔開的導(dǎo)電材料(最終變成帶正電荷和帶負(fù)電荷的)組成。超級(jí)電容活性炭可以容納的電荷量是指導(dǎo)體的表面積,兩個(gè)導(dǎo)體之間的距離以及絕緣體的介電常數(shù)。超級(jí)電容活性炭在不含固體絕緣體的事實(shí)上略有不同。相反,電池中的兩個(gè)導(dǎo)電板涂覆有多孔材料,常見的是活性炭,并將電池浸入電解質(zhì)溶液中。多孔材料具有非常高的表面積(1克活性炭估計(jì)表面積可以等于足球場(chǎng)的表面積),在這里活性炭的比表面積越大效果越好,一般采用3000以上平方米/每克的超級(jí)電容專用活性炭,并且由于超級(jí)電容器的電容由兩層之間的距離和多孔材料的表面積可以實(shí)現(xiàn)非常高的電荷含量。

雖然超級(jí)電容活性炭能夠比標(biāo)準(zhǔn)電容器儲(chǔ)存更多的能量,但它們?cè)诔惺芨唠妷旱哪芰Ψ矫媸艿较拗。電解電容器能夠以?shù)百伏特運(yùn)行,但超級(jí)電容活性炭通常限制在約5伏特。然而,只要系列設(shè)計(jì)和控制得當(dāng),就可以設(shè)計(jì)出一個(gè)超級(jí)電容器鏈在高電壓下運(yùn)行。

鋰離子電池就是通過(guò)使用活性炭作為負(fù)極材料,代替充電反應(yīng)方面還存在問(wèn)題的金屬鋰負(fù)極,保留了一次鋰電池能量密度大、電壓高的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)極大的提高了循環(huán)使用壽命和安全性能,形成了性能優(yōu)良的二次鋰電池。通過(guò)調(diào)控高比表面積活性炭的孔徑分布,提高對(duì)鋰離子的表面吸附性能,從而獲得很高的能量密度,并且大大提高充放電速率,有望開發(fā)出更高能量密度的鋰離子電池。

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