超级电容器氧化锰电极材料的研究
超级电容器氧化锰电极材料的研究
摘要：氧化锰资源广泛、价格低廉、环境友善、电化学性能良好，有着较好的应用前景，已成为优良的超级电容器电极材料．本文简要介绍了超级电容器氧化锰粉末电极和薄膜电极的特点和制备工艺，综述了合成氧化锰的各种制备技术及其取得的进展和存在的主要问题，并分析了通过掺杂和复合来提高氧化锰电极比容量和导电性的思路和解决方案．
关键词：超级电容器；氧化锰；电极材料；制备技术
1 引言
超级电容器(Supercapacitor)又称超大容量电容器(Ultracapacitor)或电化学电容器(Elec—trochemical Capacitor，EC)，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件．与传统的电容器相比，超级电容器具有更高的比电容量，可存储的比电容量为传统电容器的十倍以上；与电池相比，具有更高的比功率，可瞬间释放特大电流，具有充电时间短、充电效率高、循环使用寿命长、无记忆效应以及基本无需维护等特点．它填补了传统电容器和电池这两类储能元件之间的空白，在移动通讯，信息技术、工业领域、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景，已成为世界各国研究的热点．各国纷纷制定近期目标和远景发展计划，将其列为重点战略研究对象．根据储能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器和赝电容电容器．双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通常采用具有高比表面积的多孔炭材料；而赝电容，是指在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附／脱附或氧化／还原反应，从而产生比双电层电容更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化物和导电聚合物．金属氧化物基电容器目前研究最为成功的主要是氧化钌／n2804水溶液体系．但是，氧化钌价格昂贵，不易实现商品化，而且，其相应的电解质(硫酸)对环境不友好，对集流体的要求较高，从而限制了它的使用．不少研究者正在积极寻找用廉价的过渡金属氧化物及其他化合物材料来替代氧化钌，主要集中在对氧化镍、氧化钴和氧化锰等体系的研究上．其中氧化镍和氧化钴的比容量可达200—300 F／g，但是它们的电位窗口相对较窄(约0．5V)，能量密度较低．
氧化锰则是另一种受到重视的过渡金属氧化物电极材料．氧化锰资源广泛、价格低廉、环境友善、具有多种氧化价态，广泛地应用于电池电极材料和氧化催化剂材料上．用于超级电容器的氧化锰电极材料已经取得了很大进展．研究者目前正在研究多种方法制备具有良好电容特性的超级电容器氧化锰电极．氧化锰用作超级电容器的电极主要归缱为两类，一类为制备氧化锰粉末电
极，另一类为制备氧化锰薄膜电极．不同的制备方法可获得不同形貌结构的氧化锰，不同结构的氧化锰在超级电容器中所具有的电化学性能差别也很大．本文将详细介绍氧化锰基超级电容器的研究状况，特别阐述和分析两类氧化锰电极的制备工艺，氧化锰电极材料的不同合成方法以及改善电容特性和导电性的方法，希望能为氧化锰超级电容器的研究提供一些参考．
2 氧化锰电极的制备.
2．1粉末电极
氧化锰粉末电极的制备工艺如图1所示，将制备的氧化锰电极材料、导电剂(石墨、乙炔炭黑、导电炭黑等)、添加剂进行均匀混合，加入一定的粘结剂，进行和浆处理，制成预成型件；然后，将预成型件和集流体进行键合，再进行压制，干燥成型即可制得电极片．目前粉末电极研究的重点是制备具有高比电容、高活性的氧化锰粉末．粉末电极的制备相对较复杂，但技术相对较成熟．
超级电容器用氧化锰粉末的几种制备方法．
2．1．1液相沉淀法
液相沉淀法是液相化学反应合成金属氧化物常用的方法，在实验室和工业界均容易实现．Lee和Goodenough将一定浓度的KMn04溶液和醋酸锰溶液混合，强烈搅拌一定时间后，再洗涤、干燥，通过液相化学共沉淀法制得无定型的Q—
Mn02·nH20，其化学反应式为；
Mn(VlI)+1．5Mn(II)--2．5Mn(IV)
所制备粉末的BET比表面积达303m2／g。将a—Mn02·nH20粉末、乙炔炭黑和粘结剂按70：25：5的质量比混合，在一定压力下将其压制在Ti集流体上制成氧化锰电极．通过对Q—Mn02·nH20在水系2mol／L KCl溶液中的电化学行为进行研究，发现在一O．2一+1。OV(vs SCE)之间，电极具有优良的电容行为，在此电位范围内，氧化锰在中性电解液中具有较高的比电容，比容量达到200 F／g。闪星等人将KMn04与MnS04以3：1的摩尔比在碱性条件下混合，强烈搅拌，沉淀干燥后充分研磨，得到直径约为4—20nm纤维状、晶型较差的无定型氧化锰粉末，并将Mn02与乙炔黑、石墨、PTFE以6．5：1．5：1：1的质量比混合，以泡沫镍作集流体压制成电极，结果发现，在o．5mol／L Na2S04水溶液中，电位窗口为0,-,0。85V(vs SCE)时，电极的循环伏安曲线基本对称，具有优良的电容性能。10mA恒流充放电测得其比容量可达177．5F／g。
经5000次循环，电极容量保持在90％以上，电极的循环性能良好。eong等人将KBH4和KMn04水溶液在pH为1的条件下进行反应，制得比表面积达391m2／g 的纳米晶氧化锰，将氧化锰、乙炔黑、PTFE按70：25：5的质量比混合，以Ti作集流体制成电极，以KCl、NaCl、LiCl、Na2S04为电解液，结果发现在2mol／L
的NaCl溶液中，电极的比容量达250F／g。
Toupin等人将KMn04与MnS04水溶液以2：3的摩尔比混合，通过简单的化学共沉淀法得到沉淀产物为结晶性较差的微晶结构氧化锰，SEM形貌为100nm宽、20nm 厚的片晶，BET表面积达180士30m2／g，将Mn02、乙炔黑、石墨、PTFE以80：7．5：7．5：5的质量比混合，以不锈钢网为集流体制成电极，研究了不同电解液的影Ⅱ向．结果发现在0．1mol／LNa2S04溶液中，氧化锰电极具有良好的电容特性，比容量达到166F／g，电极循环1000次，比容量没有大的变化．
2．1．2 Sol-Gel法(溶胶凝胶法)
Sol—gel法是一种常用的材料合成工艺，是以无机盐或金属醇盐为前驱物，经水解缩聚
过程逐渐凝胶化，然后作相应的后处理得到粉体材料．其溶液pH值、溶液浓度、反应时间
和温度是粉体制备的主要影响因素．该方法制得的产物具有纯度高、分散性好、粒径分布
均匀的优点．但sol—gel法工艺较复杂，受洗涤和干燥条件影响较大．
Reddy等人将NaMn04和Na2C4H204按3：1的摩尔比混合，加入2．5mol／L的
H2s04，
通过sol—gel法制备凝胶Na0．35Mn02．02·o．75H20，发现其比表面积达72m2／g，为无定型结构，平均颗粒尺寸为5pm；通过优化电解液，发现在lmol／L NaCl 溶液中，扫描速度为5mV／s时其比容量达138F／g．
2．1．3 低温固相反应法
固相反应不使用溶剂，具有高选择性、高产率、工艺过程简单、环境污染小等优点，尤其是反应温度低于100。C的低温固相反应，已成功应用于多种类型的化合物的合成中，成为人们制备新型固体材料的主要手段之一．
采取低温固相合成法制备氧化锰粉末，将高锰酸钾和醋酸锰按一定比例混合，充分研磨，固相反应立即发生，反应式为：
2KMn04+3Mn(AC)2·4H20--45Mn02+2KAC+4HAC+10H20
反应完全后，固相产物经抽滤干燥后，制得针状纳米级结晶性很差的无定型结构MnOz．以泡沫镍为集流体将样品制成电极片，进行循环伏安、交流阻抗与恒电流充放电等测定，发现在lmol／L KOH电解液中，Mn02电极在-0．1,-,0．6V(vs Hg ／HgO)电压范围内具有优良的电容行为，比容量可达325F／g，恒流充放电5000次，电极容量衰减不超过10％．但是，相比液相法，固相法制备中存在粉体接触不均匀和反应不充分等问题．
2．1．4 热分解法
制备氧化锰还可通过直接热分解KMn04的方法来实现．在不同温度下直接热分解KMn04，通过优化分解温度，发现在5500C分解的产物由无定型／晶体K。Mn02+d·nH20组成，其BET表面积达21．3m2／g，将制得的产物、乙炔黑、PTFE 按70：25：5的质量比
混合，以Ti为集流体制成电极，发现在2mol／L的KCl溶液中，电位窗口为一o．2一十1．0V(V8
SCE)范围内时，比容量达到240 F／g．在300。C分解KMn04，得到层状6-Mn02，按一定比例将tf-Mn02与乙炔黑、炭黑、Teflon混合，以Pt网为集流体制成Mn02电极，发
现在lmol／L KCl溶液中比容量达到130 F／g．
刘献明等人同样采取热分解KMn04，在550。C分解的产物具有很高的无定型／晶化
相和Mn3+／Mn比，在o．5mol／L Na2S04溶液中具有良好的的电容特性，比容量达243 F／g，充放电性能好，经200次循环电极容量保持在95％以上．
2．2薄膜电极
薄膜电极是指采取一定的方法在基片上直接淀积氧化锰，或在基片上先淀积锰盐或纯
锰，然后通过热分解或者氧化方法生成氧化锰电极．制备过程中一般不加入粘结剂和导电
材料，因此该方法制备的电极一般都较薄，使得电解液与氧化锰材料的接触机会增多，电
极材料的利用率较高，因此制备的电极比容量相对较高．它的制备方法将直接关系到氧化
锰电极的容量和循环性能．下面将介绍几种氧化锰薄膜电极的制备工艺．2．2．1电化学法
电化学沉积法制备氧化锰超级电容器电极，具有直接一步制成电极的优点．将处理过的石墨基片，放入pH值为6．4的MnS04·5H20溶液中，通过阳极沉积法，制得无定型的a—Mn02·nH20．结果显示，在中性水系o．1mol／L Na2S04溶液中，电压窗口为1．oV范围内，制得的电极具有良好的电容行为，比容量可达265--一320 F／g．
在pH值为5．6的o．16mol／L MnS04·5H20溶液中，通过恒电位方式、恒流
充电方式，以及在0．4^一1．0V之间以循环伏安方式在处理过的石墨基片上阳极沉积均获得无定型纳米级Q．MnO。·nH20，这三种电极在0．1mol／L的Na2S04溶液中均显示出良好的电容行为．并研究了不同方式对纳米结构和电容的影响，结
果表明，在pH值为5．6的o．16mol／LMnS04．5H20溶液中通过阳极氧化法制得的氧化锰是理想的电极材料．
2．2．2 S01．Gel法
Pang等人(在pH,v10．5的条件下)以KMnOa氧化高氯酸锰合成Mn02溶胶一凝胶，
利用浸渍(dip—coating)和滴覆(drop—coating)方法在Ni箔上制备Mn02电极．发现浸渍法制
得的电极比容量可达698 F／g(0．1 mol／L的Na2S04电解液)，而滴覆法制得电极的比容量仅为浸渍法的2／3，这两种方法制备的电极具有良好的循环稳定性，循环1500次，容量减少不超过10％．暴露的缺点为恒流放电(o．4mA／cm2)的时间很短，仅为1,u4s．Mn02胶体的浓度非常稀，高浓度的、稳定的氧化锰纳米颗粒制备困难，因此实用化较困难．进一步的工作应该从优化薄膜的微结构和薄膜的厚度着手，通过控制颗粒尺寸、比表面积、孔度、孔径分布以及薄膜的厚度和规整性来提高氧化锰电极的电化学性能。
2．2．3真空蒸发法
利用真空蒸发和GLAD(glancing angle deposition)法制备氧化锰薄膜，先在Si基板上沉积SiN，后沉积Ti／Pt金属化，再在Pt上沉积锰．而后进行热处理和电化学氧化处理，制备出人字纹状结构(chevron)的多孔氧化锰电极．制备的氧化锰电极在0、lmol／L Na2S04溶液中，采用三电极体系，根据循环伏安(CV)曲线测定其比电容高达256
F／g．同时研究了不同沉积角和氧化方式对其的影响．总之，采用真空蒸发制备氧化锰电极将是超级电容器电极发展的一种新方法．
3 电极材料的改进
3．1掺杂
氧化锰具有多种晶型结构，不同结构的电化学性能差异较大，对用于电池电极材料的
氧化锰的掺杂已经研究的比较多，电极的放电性能和循环性能得到了提高．而有关超
级电容器氧化锰掺杂的研究才刚刚开始，但已取得初步进展．对氧化锰的改性方法大体上
可分为三类；物理改性法、化学改性法和电化学改性法．后两种方法得到较普遍地采用．
唐致远等人研究了掺杂Fe3+对氧化锰电极的影响．唐利用Mn(AC)2和NaOH之间
的低温固相反应制备了氧化锰，以lmol／L的KOH作电解液，采用双电极系统进行
恒流充
放电实验，制得氧化锰单电极活性物质的比容量为311—149 F／g．同时研究了掺杂Fe3+制得的掺杂氧化锰电极的性能，结果发现其比容量为318,u114 F／g．并研究了不同掺杂量对电极性能的影响，结果表明，掺杂Mn02比未掺杂的更有利于提高Mn02电极的放电性能和循环性．唐认为适当的掺杂使得MnOo的氧化还原反应基本保持在生成可逆产物范围内而生
成的不可逆产物相对较少，保证了Mn02的循环性较好．Kim等人利用KMn04溶液和醋酸锰溶液之间的化学共沉淀法制备氧化锰，在lmol／的Na2S04溶液中，制得电极的比容量达166 F／g．同时，将KMn04溶液与加入一定比例醋酸铅和醋酸镍的醋酸锰进行反应，制得掺杂Pb和掺杂Ni的氧化锰，研究不同温度、不同掺杂量对比容量的影响，结果表明掺杂增加了氧化锰电极的析氧过电位．并发现掺杂20％的Pb和掺杂20％Ni的氧化锰电极的比电容分别提高到185和210F／g，处理温度为200。C的掺杂Ni氧化锰电极在恒功率放电下比能量达到3．12Wh／kg，显示出良好的充放电容量．
刘献明等采用在MnS04溶液中掺杂一定量的CoS04溶液，和Na2C03溶液之间利
用化学共沉淀法生成Mn—Co复合碱式碳酸盐，然后在400。C中进行加热分解，得到掺钴的氧化锰，并制成电极，研究结果表明适当掺杂Co，改善了电极的电容性能，降低了电极内阻，提高了活性物质的利用率，并使得电极能够在大电流下进行充放电．
Chen和Hu用阳极电化学沉积法制备Mn／Ni氧化物．利用MnCl2和NiCl2溶液，通过阳极电沉积二元氧化物电极．在pH值为10．1的0．1mol／L Na2S04电解液中所制得的电极表现出良好的电容特性和功率特性．综上所述，掺杂不仅能提高电极的比电容，而且能提高电极的功率特性．因此，掺杂将是一个良好的途径. 3．2 改进导电性
用于超级电容器的电极材料不仅应具有高比电容量，同时也应具有较小的电阻，以减少
整个电容器的等效串联电阻，满足其高功率输出的需要．由于氧化锰粉末自身的电导率较
低，一般的粉末氧化锰电极都需要加入导电剂和粘结剂．而传统方法多是采用物理方法，
将氧化锰粉末和导电剂(如炭黑)机械混合．这样可能导致混合不均匀，电极材料与集流体
之间的接触面积减少，导致电极活性物质的利用率不高．采取将高比表面积炭黑直接加到制备氧化锰的溶液反应体系中，制得氧化锰／炭黑复合材料．利用这种
材料制备的电极，有助于减少电极的接触电阻，从而提高电极的动力学可逆性；同时提高活性物质的利用率，增加了电极的比电容．氧化锰与高比表面积的炭黑和碳纳米管复合将是一个良好的途径．
5 结束语
氧化锰以其低成本、环境友善、资源丰富等特性而有望成为新的超级电容器电极材料．欲开发电化学性能优良的氧化锰电极材料，制备技术无疑是关键．探索寻找更容易控制的方法提高氧化锰材料的表面积和孔容量，尽量使电解液能充分浸渍氧化锰材料，提高氧化锰材料的利用率，从而制备高比容量、具有良好循环性的氧化锰电极仍旧是研究的热点。在制备单一氧化锰电极的基础上，利用掺杂的方法提高其电化学性能将会是一个好的解决办法。
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《无机材料制备技术》课程综述
于法硕
材化102-26
超级电容器电极材料的研究进展
2011年第3期 新疆化工 11 超级电容器电极材料的研究进展 摆玉龙 （新疆化工设计研究院，乌鲁木齐830006） 摘要：超级电容器既具有超大容量，又具有很高的功率密度，因此它在后备电源、替代电源、大功率输出等方面都有极为广泛的应用前景。超级电容器的性能主要取决于电极材料，近年来各国学者对于超级电容器的电极材料进行了大量的研究。 关键词：超级电容器；电极材料 1 前言 超级电容器的种类按其工作原理可以分为双电层电容器、法拉第准电容器(也称为赝电容电容器)以及二者兼有的混合电容器。双电层电容器基于双电层理论，利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来储存能量。法拉第准电容器则基于法拉第过程，即在法拉第电荷转移的电化学变化过程中产生，不仅发生在电极表面，而且可以深入电极内部。根据这两种原理，目前作为超级电容器的电极材料的主要分为三类[1]：碳材料、金属氧化物及水合物材料、导电聚合物材料。 2 碳材料类电极材料 在所有的电化学超级电容器电极材料中，研究最早和技术最成熟的是碳材料。其研究是从1957年Beck发表的相关专利开始的。碳电极的研究主要集中在制备具有大的比表面积和较小内阻的多孔电极材料上，可用做超级电容器电极的碳材料主要有:活性炭、纳米碳纤维、玻璃碳、碳气凝胶、纳米碳管等。 活性炭(AC)是超级电容器最早采用的碳电极材料[2]。它是碳为主，与氢、氧、氮等相结合，具有良好的吸附作用。其特点是它的比表面积特别大，比容量比铂黑和钯黑高五倍以上[3]。J.Gamby[4]等对几种不同比表面积的活性炭超级电容器进行测试，其中比表面积最大为2315m2·g的样品得到的比容量最高，达到125F/g，同时发现比表面积和孔结构对活性炭电极的比容量和内阻有很大影响。 活性炭纤维(ACF)是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。ACF的制备一般是将有机前驱体纤维在低温(200℃~400) ℃下进行稳定化处理，随后进行炭化、活化(700℃~1000) ℃。日本松下电器公司早期使用活性炭粉为原料制备双电层电容器的电极，后来发展的型号则是用导电性优良、平均细孔孔径2~5nm、细孔容积0.7~1.5m3/g、比表面积达1500~3000m2/g的酚醛活性炭纤维[5]，活性炭纤维的优点是质量比容量高，导电性好，但表观密度低。H. Nakagawa采用热压的方法研制了高密度活性炭纤维(HD-ACF)[6]，其密度为0.2~0.8g/m3，且不用任何粘接剂。这种材料的电子导电性远高于活性炭粉末电极，且电容值随活性炭纤维密度的提高而增大，是一种很有前途的电极材料。用这种HD-ACF 制作超级电容器电极[7]，结果表明，对于尺寸相同的单元电容器，采用HD-ACF为电极的电容器的电容明显提高。 炭气凝胶是一种新型轻质纳米级多孔性非晶炭素材料，其孔隙率高达80%~98%，典型孔隙尺寸<50nm，网络胶体颗粒尺寸3~20nm，比表面积高达60~1000m2/g，密度为0.05~0.80g/m3，是一种具有许多优异性能(如导电性、光导性和机械性能等)和广阔的应用前景的新型材料[8]。孟庆函，
超级电容器纳米氧化锰电极材料的合成与表征_张治安
2004年第62卷 第17期,1617～1620 化学学报 ACT A CHI MICA SINICA V ol.62,2004 N o.17,1617～1620超级电容器纳米氧化锰电极材料的合成与表征 张治安Ξ 杨邦朝 邓梅根 胡永达 汪斌华Ξ (电子科技大学微电子与固体电子学院 成都610054) 摘要 以聚乙二醇为分散剂,利用高锰酸钾和醋酸锰溶液之间的化学共沉淀法制备纳米水合氧化锰.借助SE M,TE M,FT2 IR,XRD和BET分析手段对样品结构及性能进行表征.研究结果表明,SE M和TE M显示所得粉体为纳米粉体,粒径大约为10～30nm左右,XRD分析表明该粉体为无定型α2MnO2?n H2O,FT2IR分析表明获得的粉体为水合物,BET测试比表面积达16017m2/g.以氧化锰为研究电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂片为辅助电极的三电极体系中,以1m ol/L的Na2S O4溶液为电解液,通过循环伏安法研究其电化学行为.实验结果表明,纳米氧化锰是理想的超级电容器电极材料,在电位窗口为-012～019V(vs.SCE)范围内,扫描速度为4mV/s,其比电容达到20314F/g. 关键词 超级电容器,电极材料,氧化锰,循环伏安 Synthesis and Characterization of N anostructured MnO2for Supercapacitor ZH ANG,Zhi2AnΞ Y ANG,Bang2Chao DE NG,Mei2G en H U,Y ong2Da W ANG,Bin2Hua (College o f Microelectronics and Solid State Electronics,Univer sity o f Electronic Science and Technology o f China,Chengdu610054) Abstract Am orphous hydrous nanostructured MnO2was synthesized in chemical coprecipitation method by mixing K MnO4and manganese acetate aqueous s olution using polyethylene glycol(PEG)as disperser.The product was characterized by SE M,TE M,FT2IR,XRD and BET.The results show that the am orphous hydrous nanoparticles with the mean particle size of10～30nm were obtained and BET specific surface areas are16017m2/g.E lectrochemical characterization was carried out by cyclic v oltammetry(C V).Am orphousα2MnO2?n H2O in1m ol/L Na2S O4aqueous electrolyte was proved to be an excellent electrode material for supercapacitor.The specific capacitance of20314F/g was obtained at the scan rate of4mV/s in the range of-012～019V(vs.SCE). K eyw ords supercapacitor,electrode material,MnO2,cyclic v oltammetry 超级电容器(Supercapacitor)又称电化学电容器(Electrochemical capacitor)或者超大容量电容器(Ultracapacitor),是一种介于传统电容器和电池之间的新型元件,它比传统电容器具有更高比电容量和能量密度,与电池相比具有更高的功率密度,在移动通讯、信息技术、工业领域、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有重要和广阔的应用前景,已成为国际上研究的热点[1,2].超级电容器分为双电层电容器(Electric double layer capacitor, ED LC)和赝电容电容器(Pseudocapacitor),其中赝电容具有比双电层电容更高的比容量,因此更具有发展潜力.赝电容的电极材料主要是过渡金属氧化物,如氧化钌、氧化镍、氧化钴和氧化锰等.目前,赝电容电容器研究最为成功的是氧化钌/H2SO4体系[3],但氧化钌价格高昂,且H2SO4溶液对集流体要求较高,从而限制了其广泛应用.而氧化镍[4]和氧化钴[5]存在电化学窗口过窄的问题.氧化锰作为超级电容器电极材料的研究刚刚兴起,且氧化锰资源广泛,价格低廉,环境友善,具有多种氧化价态,电化学窗口较宽,电化学性能好,因此倍受研究人员的关注,目前研究重点是制备高比表面积的活性材料. 近年来,氧化锰的制备方法有所进展,已报道的有sol2 gel法[6]、电化学沉积法[7]、热分解法[8]、液相共沉淀法[9,10]以及低温固相反应法等[11]技术制备氧化锰微粒,其中液相法制备氧化锰具有设备简单、纯度高、制备工艺因素可控等优点,但是制备的颗粒容易团聚. ΞE2mail:zhianzhang@https://www.360docs.net/doc/ef12855311.html, Received February1,2004;revised April1,2004;accepted M ay10,2004. 厦门信达电子股份有限公司博士后流动站基金资助项目.
超级电容器电极材料研究现状及存在问题
功能材料课程报告 指导老师： 学院：材料科学与工程学院专业：材料加工工程 姓名： 学号： 日期: 2012 年7 月13 日
超级电容器电极材料研究现状及存在问题 摘要:电极材料是决定电容器性能的重要因素，高性能电极材料的开发是超级电容器研发的重点。本文主要讨论了超级电容器阳极材料的研究现状及存在问题，这些材料包括：碳材料、贵金属氧化物、导电聚合物和一些其他材料。复合或混合型电极材料可以显著提高超级电容器的综合性能，已经成为超级电容器电极材料发展的主要趋势。 关键词:超级电容器；电极材料；研究现状；存在问题
1电极材料的研究现状 1.1正极材料 目前用作超级电容器电极的材料主要有三类:碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。 1.1.1碳材料碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量，其比表面积是决定电容器容量的重要因素。尽管高比表面的碳材料比表面积越大，容量也越大，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及以上的空间才能形成双电层，从而进行有效的能量储存。而制备的碳材料往往存在微孔(小于2nm)不足的情况。所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(大于2nm)的方向发展。除此之外，碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响[1]。 碳电极电容器其电容的大小和电极的极化电位及电极比表面积大小有关，故可以通过极化电位的升高和增大电极比表面积达到提高电容大小的目的。电极/电解质双电层上可贮存的电量其典型值约为15~40μF·cm-2。选用具有高表面积的高分散电极材料可以获得较高的电容。对理想可极化体系而言，可通过无限提高充电电压而大量储存能量。但是，对于实际体系却受电极材料和电解液组成的电极系统的可极化性和溶剂分解的限制，可通过加大电极比表面积来增加电容值。电容C可由下式给出 C=ε·ε0Ad 式中:ε ε为电导体和内部赫姆霍兹面间区域的相对0为自由空间的绝对介电常数， 介电常数，A为电极表面积，d为导体与内赫姆霍兹面之间的距离。 近年来研究主要集中在提高碳材料的比表面积和控制碳材料的孔径及孔径分布，并开发出许多不同类型的碳材料，主要有: 多孔碳材料、活性碳材料、活性碳纤维、碳气溶胶以及最近才开发的碳纳米管等[2]。 多孔碳材料、活性碳材料和活性碳纤维：这个排列基本代表了碳材料为提高有效比表面积的发展方向。之所以发展为活性碳，主要是在于通过活化处理(如水蒸汽)后，可以增加微孔的数量，增大比表面积，提高活性碳的利用率。这些材料随制作电极工艺的不同先后出现过:活性碳粉与电解液混合制成的糊状电
氢氧化锰资料
氢氧化锰 简介 分子式：Mn(OH)? 化合属性：一个分子含有2个共价键，2个离子键 化合物类型：离子化合物 酸碱属性：中强碱 为锰的+2价氧化物对应水化物 物理性质 形状颜色：白色到浅桃红色结晶，六方晶体 密度：3.258g/cm3 热稳定性：加热到140℃分解 溶解性：溶于酸和铵盐，不溶于水和碱 制取：由可溶性锰盐与氢氧化钠、氢氧化钾或氨水(一水合氨)反应制得。用软锰矿粉的浆料，与二氧化硫气体接触，再与石灰乳反应也可制得 用处：用作陶瓷颜料，制造其他锰化合物，油漆催干剂以及用于锌电解车间含有机酸废水的处理。 化学性质 与酸反应：Mn(OH)?+ 2HCl ==== MnCl?+ 2H?O 在空气中极易与氧气反映，生成氢氧化氧锰： 4Mn(OH)?+ 3O?==== 4MnOOH + 2H?O 氢氧化铈 cerium trihydroxide 分子式：Ce(OH)3 性质：白色固体。具三氯化铀（UCl3）结构。对空气敏感，暴露于空气中时变成紫色，最终变成氢氧化铈（IV）（黄色）
氢氧化铈(放置于空气中) 。铈（IV）盐与烧碱反应制得。用于制造各种铈盐，用作玻璃着色剂。与丙烯酸盐和甲基丙烯酸盐反应所得丙烯铈酸盐和甲基丙烯酸铈盐，可用作树脂助剂和离子交联剂。 氢氧化铈中的铈元素的大致描述：灰色金属，有延展性。熔点799℃，沸点3426℃。密度：立方晶体6.76克/厘米3，六方晶体6.66克/厘米3。外围电子层排布4f15d16s2。第一电离能5.47电子伏特。化学性质活泼，用刀刮即可在空气中燃烧（纯的铈不易自燃，但稍氧化或与铁生成合金时，极易自燃）；加热时，在空气中燃烧生成铈钨电极。能与沸水作用，溶于酸，不溶于碱。受低温和高压时，出现一种反磁性体，比普通形式的铈致密18%。铈是稀土元素中最丰富的金属元素。有四种同位素：136Ce、138Ce、140Ce、142Ce。142Ce是放射性的α放射体，半衰期为5×1015年。 氢氧化铈的铈元素的来源：铈主要存在独居石和氟碳铈矿中，也存在于铀、钍、钚的裂变产物中。常由氧化铈用镁粉还原，或由电解熔融的氯化铈而制得。元素用途：铈可作催化剂、电弧电极、特种玻璃等。铈的合金耐高热，可以用来制造喷气推进器零件。硝酸铈可用来制造煤气灯上用的白热纱罩。 氢氧化铈中的铈是稀土元素。稀土元素是指钪、钇和全部镧系元素。铈和另一稀土元素钇是稀土元素中在地壳中含量较大的两种元素，因而它们在稀土元素中首先被发现。欧洲北部斯堪的纳维亚半岛上的挪威和瑞典是稀土元素矿物比较丰富的产地，因而这两种元素在这个地区最先被发现。钇和铈的氧化物以及其他稀土元素氧化物和土族元素的氧化物一样很难还原。直到1875年希尔布郎德利用电解熔融的铈的氧化物，获得金属铈。这是今天取得稀土元素金属的一种普遍的方法。
超级电容器材料综述
超级电容器是一种新型的储能装置，具备充放电快、效率高、稳定性好等优点，是一种清洁的绿色能源，是21 世纪的新型绿色能源。超级电容器有很大的市场潜力。通过对超级电容器电极材料进行研究，发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。 目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植
物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料 炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大，孔隙率高，孔径分布广，是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。密度跨度大，孔隙率好，而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料，同时，在制备的时候，可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看，碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的，因为碳纳米管的结构是空管的形状，表面积大，尤其是壁很薄的碳纳米管，比表面积更大，非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时，还会具备特殊的孔，这些孔是由微观状态下，碳纳米管互相缠绕，好似网状结构，管与管之间就形成了孔洞的结构，孔与孔之间都是互相连通的，没有堵死的情况，这在用作电极的时候，对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小，一般都是属中孔，这会使电极的内阻很低，这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上，或者将
超级电容器电极材料综述
超级电容器电极材料 超级电容器，作为当下储能研究的一大热点，普遍具有以下优势： 1、快速的充放电特性 2、很高的功率密度 3、优良的循环特性 然而，它的不足完全制约了它的实际应用——能量密度很低。目前，商用的超级电容器可以提供10WhKg-1，而相比之下，锂离子电池的能力密度高达18010WhKg-1。因此，如何能提高超级电容器的能量密度，称为眼下超级电容器研究领域亟待解决的首要问题。学术圈致力于通过开发新的电极材料、电解质、独创的器件设计方案等方法，来实现这一问题的突破。 想要通过更好的电极材料（同时需要价格低廉，环境友好）来实现在超级电容器性能上的重大的进展，需要对电荷储存机理，离子电子的传输路径，电化学活性位点有全面、深远的认识。由此，纳米材料因为其可控的离子扩散距离、电化学活性位点数量的扩大等特点成为研究热门。 根据储能机理的不同，超级电容器可以分为：双电层电容器EDLC，赝电容。EDLC通过物理方法储存电荷——在电解质、电极材料界面上发生可逆的离子吸附。而赝电容通过化学方法储存电荷——在电极表面（几纳米深）发生氧化还原反应。通常，EDLC的电极材料为碳材料，包括活性炭，碳纳米管，石墨烯等。然而赝电容的电极材料包括：金属氧化物（RuO2, MnO2, CoOx, NiO,Fe2O3），导电高分子（PPy，
PANI,Pedot）。 设计一款高性能的超级电容的标准是： 1、很高的比容量 （单位质量的比容量，单位体积的比容量，或者是活性物质的面积） 2、很高的倍率性能 在高的扫速下200mV/s或电流密度下，容量的保持率。 3、很长的循环寿命 另外，活性材料的价格与毒性也需要计入考量。 为了制备高容量的电极材料，上述因素需要进一步讨论。 1、表面积：因为电荷是储存在电容器电极的表面，具有更高表面积的电极可以提高比容量。纳米结构的电极可以很好的提高电极的表面积。 2、电子和离子的导电性：因为比容量、倍率性能是由电子、离子的导电性共同决定，高的离子、电子电导将会很好的维持CV曲线中的矩形图线，以及GCD中充放电曲线的对称性。 同时，这也将减少充电电流增大后的比容量损失。 典型的增加电子电导的方法有： （1）Binder-free electrode design 不实用粘结剂 （2）纳米结构集流体设计——这可以为电子传输的提供高效途径 增加离子电导的方法：
氧化锰矿物选矿方法,氧化锰矿物分类
氧化锰矿物选矿方法，氧化锰矿物分类 氧化锰矿物选矿方法 氧化锰矿石的选矿方法有两种：重选和强磁选。重选法工艺简单，设备投资维护费用低，处理量大，选矿指标高。强磁选入选粒度小，设备投资大，处理量小，选矿指标也明显不如跳汰机。因此在氧化锰选矿领域中跳汰机的应用十分普遍，无论是国内还是国外的大型氧化锰矿石选矿厂，几乎都把跳汰机作为选氧化锰的核心设备。 目前我国处理氧化锰矿的工艺流程，一般是将矿石破碎至6～0mm或10～0mm，然后进行分组，粗级别的进行跳汰，细级别的送摇床选。设备多为哈兹式往复型跳汰机和6-S型摇床。 跳汰机入选粒度大，入选粒级宽，单台设备处理能力大，在氧化锰矿选厂中的应用很普遍，尤其是粗粒锰矿石的重选，跳汰机更是理想选择。AM30跳汰机适用于中等粒度8-30mm 锰矿石的选矿，2LTC-912/4A跳汰机适用于30-50mm粒度氧化锰矿石的选矿，梯形跳汰机适用于0-8mm锰矿石的选矿，这三种跳汰机配合适用可一次完成对0-50mm粒级锰矿石的洗选作业，在国外的大型氧化锰选厂中普遍采用这种设备配置，均取得了良好的选矿效果。 跳汰机是重选设备的一种，利用有用矿物与废石的比重差进行分选，氧化锰的比重较大，而废石比重较小，利用跳汰机处理可获得理想的选矿效果。 氧化锰矿物分类 （1）软锰矿四方晶系，晶体呈细柱状或针状，通常呈块状、粉末状集合体。颜色和条痕均为黑色。光泽和硬度视其结晶粗细和形态而异，结晶好者呈半金属光泽，硬度较高，而隐晶质块体和粉末状者，光泽暗淡，硬度低，极易污手。比重在5左右。软锰矿主要由沉积作用形成，为沉积锰矿的主要成分之一。在锰矿床的氧化带部分，所有原生低价锰矿物也可氧化成软锰矿。软锰矿在锰矿石中是很常见的矿物，是炼锰的重要矿物原料。 （2）硬锰矿单斜晶系，晶体少见，通常呈钟乳状、肾状和葡萄状集合体，亦有呈致密块状和树枝状。颜色和条痕均为黑色。半金属光泽。硬度4～6，比重4.4～4.7。硬锰矿主要是外生成因，见于锰矿床的氧化带和沉积锰矿床中，亦是锰矿石中很常见的锰矿物，是炼锰的重要矿物原料。 （3）水锰矿单斜晶系，晶体呈柱状，柱面具纵纹。在某些含锰热液矿脉的晶洞中常呈晶簇产出，在沉积锰矿床中多呈隐晶块体，或呈鲕状、钟乳状集合体等。矿物颜色为黑色，条痕呈褐色。半金属光泽。硬度3～4，比重4.2～4.3。水锰矿既见于内生成因的某些热液矿床，也见于外生成因的沉积锰矿床，是炼锰的矿物原料之一。 （4）黑锰矿四方晶系，晶体呈四方双锥，通常为粒状集合体。颜色为黑色，条痕呈棕橙或红褐。半金属光泽。硬度5.5，比重4.84。黑锰矿由内生作用或变质作用而形成，见于某些接触交代矿床、热液矿床和沉积变质锰矿床中，与褐锰矿等共生，亦是炼锰的矿物原料之一。 （5）褐锰矿四方晶系，晶体呈双锥状，也呈粒状和块状集合体产出。矿物呈黑色，条痕为褐黑色。半金属光泽。硬度6，比重4.7～5.0。其他特征与黑锰矿相同。 （摘自：https://www.360docs.net/doc/ef12855311.html, https://www.360docs.net/doc/ef12855311.html, https://www.360docs.net/doc/ef12855311.html, https://www.360docs.net/doc/ef12855311.html, https://www.360docs.net/doc/ef12855311.html, https://www.360docs.net/doc/ef12855311.html, https://www.360docs.net/doc/ef12855311.html, 转载请注明！）
超级电容器材料综述
目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达 1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。 2、炭气凝胶电极材料
炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大，孔隙率高，孔径分布广，是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。密度跨度大，孔隙率好，而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料，同时，在制备的时候，可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。 3、碳纳米管 碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看，碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的，因为碳纳米管的结构是空管的形状，表面积大，尤其是壁很薄的碳纳米管，比表面积更大，非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时，还会具备特殊的孔，这些孔是由微观状态下，碳纳米管互相缠绕，好似网状结构，管与管之间就形成了孔洞的结构，孔与孔之间都是互相连通的，没有堵死的情况，这在用作电极的时候，对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小，一般都是属中孔，这会使电极的内阻很低，这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上，或者将碳纳米管和别的材料复合用作超级电容器。 4、活性炭纤维 活性炭纤维是一种环保材料，具有比活性炭更加优越的吸附性能，由它得到的高表面积的活性炭纤维布已经成功用于商业化的电极
超级电容器氧化锰电极材料的研究
超级电容器氧化锰电极材料的研究 摘要：氧化锰资源广泛、价格低廉、环境友善、电化学性能良好，有着较好的应用前景，已成为优良的超级电容器电极材料．本文简要介绍了超级电容器氧化锰粉末电极和薄膜电极的特点和制备工艺，综述了合成氧化锰的各种制备技术及其取得的进展和存在的主要问题，并分析了通过掺杂和复合来提高氧化锰电极比容量和导电性的思路和解决方案． 关键词：超级电容器；氧化锰；电极材料；制备技术 1 引言 超级电容器(Supercapacitor)又称超大容量电容器(Ultracapacitor)或电化学电容器(Elec—trochemical Capacitor，EC)，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件．与传统的电容器相比，超级电容器具有更高的比电容量，可存储的比电容量为传统电容器的十倍以上；与电池相比，具有更高的比功率，可瞬间释放特大电流，具有充电时间短、充电效率高、循环使用寿命长、无记忆效应以及基本无需维护等特点．它填补了传统电容器和电池这两类储能元件之间的空白，在移动通讯，信息技术、工业领域、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景，已成为世界各国研究的热点．各国纷纷制定近期目标和远景发展计划，将其列为重点战略研究对象．根据储能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器和赝电容电容器．双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通常采用具有高比表面积的多孔炭材料；而赝电容，是指在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附／脱附或氧化／还原反应，从而产生比双电层电容更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化物和导电聚合物．金属氧化物基电容器目前研究最为成功的主要是氧化钌／n2804水溶液体系．但是，氧化钌价格昂贵，不易实现商品化，而且，其相应的电解质(硫酸)对环境不友好，对集流体的要求较高，从而限制了它的使用．不少研究者正在积极寻找用廉价的过渡金属氧化物及其他化合物材料来替代氧化钌，主要集中在对氧化镍、氧化钴和氧化锰等体系的研究上．其中氧化镍和氧化钴的比容量可达200—300 F／g，但是它们的电位窗口相对较窄(约0．5V)，能量密度较低． 氧化锰则是另一种受到重视的过渡金属氧化物电极材料．氧化锰资源广泛、价格低廉、环境友善、具有多种氧化价态，广泛地应用于电池电极材料和氧化催化剂材料上．用于超级电容器的氧化锰电极材料已经取得了很大进展．研究者目前正在研究多种方法制备具有良好电容特性的超级电容器氧化锰电极．氧化锰用作超级电容器的电极主要归缱为两类，一类为制备氧化锰粉末电
关于超级电容器电极材料性能测试常用的三种电化学手段
循环伏安cyclic voltammetry (CV) 由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息 ? Voltage window（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V 左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。 ?Speci fic capacitance （比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算） ?Cycle life （超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性） 测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。 恒电流充放电galvanostatic charge–discharge (GCD) 由GCD测试曲线，一般可以得到以下几方面的信息： ?the change of specific capacitance（比电容的变化可以从有限多次的恒电流充放电中体现，直观的就是每次充放电曲线的放电时间的变化） ?degree of reversibility(由充放电曲线的对称也可以中看出电极材料充放电的可逆性) ?Cycle life（循环寿命，换句话也就是随着充放电次数的增多，电极材料比电容的保持率）恒电流充放电测试过程中比较重要的测试参数有电流密度，还有充放电反转的电位值。电流密度可以设置为电流/电极面积，也可以设置为电流/活性物质质量。我在测试的过程中一般依据活性物质的质量设置为XXmA/mg。充放电反转的电位值可以依据循环伏安的电位窗口，可以设置为该区间或者小于该区间。 交流阻抗electrochemical impedance spectroscopy (EIS) 由交流阻抗曲线可以看出体系随着频率改变的变化趋势，得出测试体系某个状态下的包括溶液电阻、扩散阻抗的情况，可以通过测试交流阻抗对测试的未知体系进行电化学元件模拟。关于交流阻抗，谈谈频率和体系元件的响应关系，总的来说，交流阻抗之所以能得到诸多信息，关键在于不同器件本身对于频率的相应不同。Nyquist图中最先响应的总是纯电阻，然后是电容和电化学反应，最后是扩散过程。纯电阻，在电场建立的同时即可响应。交流阻抗的测试过程中会出现两个图：Nyquist图和Bode图，Nyquist图反应的是随着频率的变化虚轴的阻抗值和实轴的阻抗值的变化，Bode图反应的是阻抗的模值随着频率的变化以及相位角随频率的变化。 交流阻抗测试过程中比较重要的设置参数有：交流幅值以及频率范围。交流幅值对于超级电容器一般会选择5mV，频率一般会选择100kHz-10mHz，当然也会有不同体系不同对待，很多文献中会选择测试到0.1Hz就停止了，这样来说根本没有测试低频区体系真正的性能测试就已经停止了。真正反映测试体系的电容性能，漏电性的低频区的直线很重要。当然如果测
超级电容器材料综述
超级电容器材料综述 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
超级电容器是一种新型的储能装置，具备充放电快、效率高、稳定性好等优点，是一种清洁的绿色能源，是21 世纪的新型绿色能源。超级电容器有很大的市场潜力。通过对超级电容器电极材料进行研究，发现多孔碳材料作为超级电容器电极材料的电化学性能的影响。 目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。 目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。 1、活性炭材料 对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植物硬壳、石油
缩减讲稿 超级电容器电极的制备及性能测试
超级电容器电极的制备及性能测试 超级电容器的主要技术指标有比容量、充放电速率、循环寿命等。 本实验采用EC500系列电化学工作站三电极法（包括循环伏安法、交流阻抗等），考察不同活化方法处理后电极的电化学性能。 1.循环伏安法 1.1电化学体系三电极介绍 电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施电极反应的场所。 一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，循环伏安法通常采用三电极系统。相应的三个电极为工作电极（研究电极W）、参比电极(R)和辅助电极（对电极C）。 三电极组成两个回路： 研究电极和参比电极组成的回路构成一个不通或基本少通电的体系，利用参比电极电位的稳定性来测量工作电极的电极电位。 研究电极和辅助电极组成另一个回路构成一个通电的体系，用来测量工作电极通过的电流。这就是所谓的“三电极两回路”，也就是测试中常用的三电极体系。利用三电极体系，来同时研究工作电极的电位和电流的关系。 图 1 三电极系统原理图 对于三电极测试系统，之所以要有一个参比电极，是因为有些时候工作电极和辅助电极的电极电位在测试过程中都会发生变化，为了确切的知道其中某一个电极的电位（通常是工作电极的电极电位），就必须有一个在测试过程中电极电位恒定且已知的电极作为参比来进行测量，以为研究电极提供一个电位标准。 但是，仅仅使用三电极体系还不够，因为，随着电化学反应的进行，研究电极表面的反应物质的浓度不断减少，电极电位也随之发生或正或负的变化，也就是说随着电化学反应的进行，研究电极的电位会发生变化。为了使电极电位保持稳定，即将研究电极对参比电极的电位保持在设定的电位上，通常使用恒电位电解装置（恒电位仪），这样，便用了恒电位仪的三电极体系，可以为我们提供用以解释电化学反应的电流—电位曲线，这种测定电流—电位曲线的方法叫做伏安法。
超级电容器电极碳材料的发展
2015年11月同济大学 超级电容器活性炭电极材料的发展 专业：化学工程与工艺 学号：1353901 姓名：巩宇锈
本文简单介绍了超级电容器的原理以及应用范围。提出了电容器电极材料的选择，就其中一种性能高的材料——活性炭在超级电容器的发展过程中的改进做了介绍，包括其理论提出、比表面积，孔径分布、表面官能团等性质的发展。最后对活性炭电极材料的未来发展方向进行了展望。 关键词：超级电容器活性炭材料 ABSTRACT This paper briefly introduce the principles and application prospect of supercapacitor. Selecting the capacitor electrode material is proposed. As the high performance of a material - activated carbon, its development process of supercapacitoris presented, including its proposed theory, the development of the specific surface area, pore size distribution, surface functional groups, and other properties. At last, the future direction of activated carbon electrode material is put forward. Keywords:supercapacitor; activated carbon materials
超级电容器电极材料科普
超级电容器电极材料科普 超级电容器主要由电极、集流体、电解质和隔膜等4部分组成，其中电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的最关键因素。研究和开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的重要内容。目前研究较多的超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物(或者氢氧化物)、导电聚合物等，而碳材料和金属氧化物电极材料的商品化相对较成熟，是当前研究的热点。 1什么是超级电容器？ 超级电容器(supercapacitors 或ultracapacitors)又称电化学电容器(electrochemical capacitors)，是一种介于二次电池与常规电容器之间的新型储能器件，兼有二次电池能量密度高和常规电容器功率密度大的优点；此外，超级电容器还具有对环境无污染、效率高、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点，在电动汽车、新能源发电、信息技术、航空航天等领域具有广泛的应用前景。 超级电容器还可以与充电电池组成复合电源系统，既能够满足电动车启动、加速和爬坡时的高功率要求，又可延长充电电池的循环使用寿命，实现电动车动力系统性能的最优化。当前，国内外已实现了超级电容器的商品化生产，但还存在着价格较高、能量密度低等问题，极大地限制了超级电容器的大规模应用。 超级电容器主要由电极、集流体、电解质和隔膜等4部分组成，其中电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的最关键因素。研究和开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的重要内容。 目前研究较多的超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物(或者氢氧化物)、导电聚合物等，而碳材料和金属氧化物电极材料的商品化相对较成熟，是当前研究的热点。因此，本文将重点介绍碳材料、金属氧化物及其复合材料等高性能电极材料的最新研究进展以及商品化应用前景。
超级电容器电极材料的制备
渤海大学 学士学位论文 题 目： 超级电容器新型电极材料的制备及性能研究 学生姓名： 指导教师： 院 系： 化学化工与食品安全学院 专 业： 班 级： 论文答辩日期：2012.05.27
超级电容器新型电极材料的制备及性能研究 姓名 化学化工与食品安全学院 摘要：超级电容器是近年发展起来的一种新型储能元件，具有功率密度高、寿命长、无需维护及充放电迅速等特性。其中电极材料的性质和电解液的类型是影响超级电容器性能的关键因素。本论文以热稳定性高、绿色无污染的1-甲基-3-己基咪唑三氟乙酸离子液体（[Hmim][CF3]）为基础，微波下分别与葡萄糖、蔗糖和淀粉反应，合成新型的粘稠状的碳点离子液体复合物，用此复合物部分的代替传统活性炭极片制备中的黏结剂和导电剂，制备出新型的超级电容器电极材料。通过扫描电镜观察新型极片的表面微观结构；采用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等测试方法对新型电极材料进行电化学性能研究，其中，葡萄糖-碳点离子液体复合物的效果最好，比容量从285.7 F·g-1提高到365.5 F·g-1，内阻由1.92 Ω降低到0.61 Ω，充放电效率由89.9%分别提高到97.6 %。 关键词：活性炭；电极材料；碳点离子液体；超级电容器；电化学性能
Supercapacitor Energy Storage and Its Application 英文名 College of Chemistry, Chemical Engineering and Food Safety Abstract: The super capacitor is developed in recent years a new type of energy storage devices with high power density, long life, maintenance-free and charge and discharge quickly characteristics.The nature of the electrode materials and electrolyte type is a key factor affecting the performance of the super capacitor. Based on the papers to the high thermal stability, green pollution-free 1 - methyl - 3 - hexyl TFA ionic liquid ([Hmim] [CF3 groups), microwave, respectively, with glucose, sucrose and starch reaction, the synthesis of new viscous ionic liquid compound of carbon points to use instead of this complex part of the traditional activated carbon pole piece in the preparation of the binder and conductive agent, prepared a new type of electrode materials for supercapacitor. Microscopic structure of the new scanning electron microscope on the surface of the pole piece; by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge and AC impedance test electrochemical properties of new electrode materials, including the effect of glucose - Point Carbon ionic liquid complexes well, the specific capacity increased from 285.7 F ? g-1 to 365.5 F ? g-1, the internal resistance decreased to 0.61 from 1.92 ΩΩ, charge-discharge efficiency increased to 97.6% from 89.9%, respectively. Key word s: Activated carbon; electrode material; Point Carbon ionic liquid; super capacitor; electrochemical performance