碳和石墨在电化学电源中的应用

简介

几乎所有的电化学电源都含有这样或那样的碳材料。原电池（不可充电）和蓄电池、超级电容器和燃料电池中都含有碳和石墨材料。

使碳材料特别适合于能源存储和转换应用的属性包括其导电性、化学稳定性、电化学稳定性，以及碳材料具有各种不同的结构、纹理和形态。此外，许多碳和石墨材料比替代的非碳材料便宜。

从功能角度看，碳和石墨材料既用作活性材料，也用作非活性材料。活性材料是实际负责储存电荷的组件。例如，Li+离子在Li-ion电池的石墨中的储存，或者电解质阳离子和阴离子在超级电容器的多孔碳的电化学双层中的储存。非活性材料是在储存过程中支持活性材料的组件，包括电流集电器、导电添加剂、导电涂层等。

术语

充电电池中的负极被称为 "阳极"，正极被称为 "阴极"--与电极或电池是充电还是放电无关。

(因此，在充电过程中，阳极和阴极的严格电子化学定义是相悖的）。

阳极稳定性指的是抗氧化稳定性，这通常是正极（阴极）和高电势下的问题。

阴极稳定性指抗还原稳定性，通常是负极（阳极）和低电位时的问题。

阳极 anode：通常指发生氧化反应的电极

注： 阳极是放电时的负极、 充电时的正极。

阴极 cathode：通常指发生还原反应的电极。

注： 阴极是放电时的正极、 充电时的负极。

可存储在电极或电池中的电荷称为电容，单位为 Ah 或（当指电极材料或电池的体积或重量时）Ah/l 或 Ah/kg。

对于超级电容器，经常使用的一个量是电容，单位是 F 或 F/l 或 F/kg，它描述了每个电压增量可存储的电荷量。

可逆容量是指充电电池提供的容量，即等于放电容量。不可逆容量是在充放电过程中不可逆损失的容量，定义为充电容量减去放电容量。

库仑特性（或充放电特性）是指可再次放电的电量，即放电容量除以充电容量。放电容量不能与能量容量混淆，后者是电池在放电过程中输出的能量除以电池在充电过程中接受的能量。

形成一词用于最开始的充放电循环。根据电池化学性质的不同，在形成循环期间，电极前驱体材料可能会转变为最终状态，电极材料可能会首次膨胀，电极结构可能会重新排列，钝化膜可能会在电极表面和电解液之间形成。由于形成循环对电池的后期性能非常关键，因此通常由电池生产商进行。

循环寿命（或循环稳定性）是指电池在容量下降到规定值（通常为初始容量的 80%）以下之前所能支持的充放电循环次数。

日历寿命 (Calendar life)是指电池在容量下降到规定值之前所能支持的时间跨度。

速率能力描述了电极材料充电或放电的速度。

最后，C-速率表示与电池容量归一化的电流。1C 的电流允许电池在一小时内完成充放电。2C 速率（即 1C 速率的两倍）可在（大约）半小时内完成充电或放电，C/2 速率可在两小时内完成充电或放电，以此类推。