成会明院士谈超级电容器性能学术资讯

来源：研之成理

中国科学院金属研究所成会明院士、新南威尔士大学王大伟副教授和天津大学杨全红教授等学者澄清了目前关于量化超级电容器性能指标存在的问题。在本报道中，成会明院士讲述了存在的问题以及如何解决这些问题。

什么指标对评估超级电容器的性能很重要？

从历史角度上看，超级电容器的性能一直基于质量来评估的（F g–1或Wh kg–1）。这是评估超级电容器性能的最基本和最重要指标。为确定特定电极材料或系统在有限空间内的实用潜力，体积性能指标（F cm–3或Wh L–1）应与质量度量同等重要。由于超级电容器的体积能量密度和功率性能（W L–1）与电极的厚度、孔隙率、面积质量负载和工作电压窗口密切相关，所以应该提供这些所有参数以准确评估超级电容器的性能。

与超级电容器计算和使用有关的挑战是什么？

体积电容通常由材料密度和质量电容转换而来，但材料密度是可以任意选择的。材料的已知密度通常与电极中使用相同材料的密度不同。这是由于在电极加工过程（如溶剂混合、涂布、干燥和压延）中形成了一次和二次粒子。这种任意的误差有时确实会导致高估材料的体积电容。

此外，含有相同活性物质的各种电极的体积电容也因电极加工而不同。例如，电极孔隙率、压缩力和非活性添加剂（如粘结剂和炭黑）百分比都会对最终体积性能产生影响。

孔结构对超级电容器的性能也起着至关重要的作用。材料的比表面积、孔径分布、孔隙体积和密度通常用N2吸-脱附等温曲线来表征。不幸的是，当材料含有超大的大孔、粒子间的空隙和超小的微孔时，这种技术很难提供可靠的结果。

如何克服这些挑战？

缺乏通用的评级标准可能无法提供可靠的比较，并揭示容量性能的真正差异。使用不同标准得到的度量在某种程度上鼓励了许多声称“卓越（Superior）”容量性能的报告，其中有些报告令人困惑甚至无效。因此，我们迫切需要建立一个能够被广泛接受的统一标准，对学术和工业探究都是有价值的。

在此背景下，我们（三位长期从事这一领域工作的科学家）提出了一种基于材料、电极和器件三种层级的超级电容器容量性能三级评价体系。希望这一建议对整个储能研究界具有一定的参考价值。

来源：rationalscience 研之成理

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