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超级电容器电化学【免费下载课件】

超级电容器电化学【免费下载课件】

标题应该叫“电化学电容器电化学”,但是一个标题里出现三次“电”,不好。因此用了电化学电容器的另一个名字——超级电容器。
超级电容器,英文名叫supercapacitor,似乎它是超越传统的电容器。我们在中学学过了电子元件三件套,电阻、电容、电感,我们今天的幸福生活也建立在这三件套的基础之上,虽然后来电子技术又发展出了晶体管、集成电路、大规模集成电路,但是这3种基础元件在绝大多数电子产品中仍然不可或缺。
很多朋友都吃过陕西名小吃肉夹馍(下方左图,既然又提到肉夹馍了,再推送一次金老师写的社论,戳右边ACS Energy Letters主编指南(42):请少一些“肉夹馍论文”【AEL文献精读】),我们在中学学过的电容器结构(下方右图)就很像肉夹馍。肉夹馍中间三肥七瘦的腊汁肉在电容器中是绝缘体(叫电介质,比如玻璃、陶瓷),两边铁圈虎背菊花心的白吉馍在电容器中就是金属板
前面在能源电化学基础部分(戳这里能源电化学基础(2)【免费课件下载】)学过的“莱顿瓶”就是最初的电容器,莱顿瓶是玻璃瓶,玻璃的两侧被镀了锡膜。玻璃是绝缘体,通过摩擦琥珀球或琥珀盘接触莱顿瓶上方的大铜球给莱顿瓶充电,充电过程中玻璃两侧的锡膜上逐渐聚集符号相反的两种电荷(正电荷和负电荷)。不要小看莱顿瓶,这可是储电技术的起点。正是有了莱顿瓶,科学家和工程师们才有了可靠的电的来源,才能进行电的性质研究和应用研究。
莱顿瓶最初被发明出来的时候是贵族们的玩具。贵族们被这种新型高技术机器征服了,被莱顿瓶瞬间释放的电流刺激的酥酥麻麻的感觉,让贵族们着了迷,也开发了各种新的用途……比如——治病。有兴趣的朋友自己去搜搜看。跑题了,回过头来看看莱顿瓶的发明人荷兰人穆申布鲁克,你看看他在图中的实验中起了什么作用呢?不仅仅是托着莱顿瓶防止它掉下来哦。欢迎在评论区留言讨论。
当然,因为电容器瞬间就把储存的电量释放完了,所以莱顿瓶只能给予贵族们一刹那的酸爽,酸爽完了之后还得蹬着轮子再给莱顿瓶充电。你看这个过程是不是有点像当代某种生活,先享受烧烤啊甜点啊给大脑刺激出来的多巴胺,完了后还得去健身房消耗热量。
对于科学家来说这也是个大问题,所以当时研究电的性质就得拼手速,慢一点就啥结果都得不到。所以后来才有了伏特同学发明伏打电堆——能够持续供应电力的电源——最初的电池。现在可以推测出电容器和电池的第一个不同点了,电容器是快速瞬间放电,电池可以缓慢持续放电
我们也学习了好多种电池,所以也可以总结出电容器和电池的第二个不同点,电容器的两个极板之间是电介质,而电池的两个电极之间是电解质。这两个词的读音太像了,为了给同学们掰扯清楚老费劲了。
电介质,英文叫dielectric。这个词可以拆成两个部分,di-和-electric。electric在能源电化学基础部分(戳这里能源电化学基础(3)【免费课件下载】)中讲过了,来源于希腊语,最初指琥珀,因为被羊毛摩擦后吸引羽毛,后来又发展出“电”的含义。di-也是来源于希腊语,dia,意思是穿过、通过,你看两个人说话就叫dialogue,记住了吧。所以dielectric最初的含义是“让电流穿过的物质”。但是呢,电介质其实是绝缘体(英文叫insulator),明明电流是流不过去的。
这个矛盾现象,法拉第同学当年就发现了,电介质中虽然电流过不去,但是电场却能传过去,所以法拉第就给具有这种性质的物质起了一个名字——dielectric。di-在词根中是两、双、倍的意思,我们化学中这种词汇不要太多,比如dimethyl双甲基、dioxide二氧化物、dichloromethane二氯甲烷……所以dielectric你也可以这么记,一个性质是不导电荷,一个性质是传导电场,两个性质。
电解质的英文是electrolyte,能源电化学基础部分(戳这里能源电化学基础(3)【免费课件下载】也讲了,它是法拉第的朋友尼克尔建议的。尼克尔把“被电流直接分解,元素被释放出来”的物质称为electrolyte。今天的课程学完后,再分不清电介质和电解质,就说不过去了啊。
那么超级电容器是什么呢?超级电容器也叫做电化学电容器。前面一直讲的电容器可以称为物理电容器,没有化学作用,完全靠电荷在金属极板表面停留来储电。从名字就能看出来,电化学电容器和化学有关系了。对!
电化学电容器分为两种类型,一种叫双电层电容器,和物理电容器充放电原理一样;另一种叫赝电容器,顾名思义,赝品啊,假的,不真,和谁比呢?和物理电容器相比,因为赝电容器储电已经不仅仅是物理作用了,还要靠化学反应来做贡献。
那么,超级电容器到底是哪里超级了?请阅读《新能源电化学》来了解吧。
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第11章 超级电容器电化学

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