导电聚噻吩作为超级电容器电极材料的研究进展_袁美蓉

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，

聚噻吩类导电聚合物的研究进展

聚噻吩类导电聚合物的研究进展 姓名：丁泽 班级：材化12-3 学号：1209020302

摘要 π-共轭聚合物被认为是很有发展前景的材料，因为它拥有独特的光电特性，可以被广泛的应用于太阳能电池（PSCs），电致变色器件，传感器，聚合物发光二极管（PLEDs）等各种领域。这些电活性与光活性聚合物通常是基于噻吩，吡咯，苯，芴或咔唑等芳环、芳杂环等单元的聚合物。在大量的电致变色材料中，噻吩类聚合物由于它们的高电子导电性和好的氧化还原特性，以及在可见与红外区域，快的响应时间，显著地稳定性和高的对比率而成为一类重要的电致变色共轭聚合物。更重要的是，通过聚合物链结构改动，噻吩类聚合物拥有容易的禁带可调性，可展示不同的电致变色特性。 关键词：π-共轭聚合物；电化学聚合；共聚；导电聚合物；

一、导电聚合物简介 1.1导电聚合物的分类 导电高分子材料包括结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类型。 复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺（如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等）填充到聚合物基体中而构成的。该类材料通常是填充高效导电粒子或导电纤维，较普及的是炭黑填充型和金属填充型。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势。 结构型（又称作本征型）导电聚合物是指聚合物本身具有导电性或经掺杂处理后具有导电性的聚合物材料。这种高分子材料本身具有“固有”的导电性，由其结构提供载流子，一经掺杂，电导率可大幅度提高，甚至可达到金属的导电水平。如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚对苯撑等均属于结构型导电高分子材料（如图1-1）[1]。结构型导电聚合物是目前导电聚合物研究领域的重点。

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

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

聚噻吩的电化学合成与表征研究.

聚噻吩的电化学合成与表征研究 目录 摘要..............................................................................................................................I Abstract.....................................................................................................................II 引言 (1) 第一章绪论 (2) 1.1导电高聚物简介 (2) 1.1.1导电高聚物的定义 (2) 1.1.2导电高聚物的用途 (2) 1.2导电高聚物聚噻吩 (3) 1.2.1噻吩单体的介绍 (3) 1.2.2聚噻吩 (3) 1.2.3聚噻吩的合成方法 (4) 1.2.4聚噻吩的优点及用途 (4) 1.2.5聚噻吩的研究发展 (5) 1.3离子液体 (5) 1.3.1离子液体简介 (5) 1.3.2离子液体的种类 (5) 1.3.3离子液体的合成 (6) 1.3.4离子液体的特点及应用 (6)

1.4.1研究目的意义 (6) 1.4.2研究内容 (7) 第二章实验部分 (8) 2.1仪器和药品 (8) 2.2离子液体的选择 (9) 2.2.1[Bmim][BF4]的结构 (9) 2.2.2[Bmim][BF4]的优点 (9) 2.3在离子液体中合成聚噻吩 (10) 2.3.1电极的选用及制备 (10) 2.3.2聚噻吩的聚合机理 (10) 2.3.3操作步骤 (11) 2.4聚噻吩的红外色谱检测 (12) 第三章结果与讨论 (13) 3.1循环伏安曲线 (13) 3.2红外分析 (14) 3.2.1噻吩的红外分析 (14) 3.2.2聚噻吩的红外分析 (15) 结论与展望 (16) 致谢 (16) 参考文献 (17)

化学氧化聚合法制备聚噻吩及其表征

Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．１·８０·化　工　新　型　材　料 ＮＥＷ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ第４１卷第１期 ２０１３年１月 基金项目：河南省科技厅攻关项目基金（０８２１０２２３００１０）作者简介：韩永刚（１９８６－），男，硕士。联系人：王海燕，教授。 化学氧化聚合法制备聚噻吩及其表征 韩永刚　王海燕＊　陈瑞灿　张家朝　叶方德　刘　伟 （郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室，郑州４５００５２ ）摘　要　在不同温度、浓度、反应时间下通过化学氧化聚合制备不同的聚噻吩样品。用扫描电镜对样品形貌进行了表征，分析不同反应时间、不同试剂浓度下样品的形貌。再通过Ｒａｍａｎ光谱，ＸＲＤ，分光光度计等技术进行表征。结果表明，不同的制备条件影响到聚噻吩的形貌及性能，温度的不同对形貌影响较大。通过对吸收光谱的研究可知，随着反应温度的增加，吸收峰值在变大，但光谱吸收范围在变小。浓度对样品的颜色及合成效率都有影响，反应时间超过某一数值时就不再影响聚噻吩的合成。 关键词　聚噻吩，化学聚合，导电性能，吸收光谱 Ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｐｏｌｙ ｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　 ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅＨａｎ　Ｙｏｎｇｇａｎｇ　Ｗａｎｇ　 Ｈａｉｙａｎ　Ｃｈｅｎ　Ｒｕｉｃａｎ　Ｚｈａｎｇ　Ｊｉａｃｈａｏ　Ｙｅ　Ｆａｎｇｄｅ　Ｌｉｕ　Ｗｅｉ（Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　 ＭＯＥ　Ｃｈｉｎａ　ａｎｄ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５２）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　ｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅｍ　ｗｅｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ＸＲＤ，Ｒａｍａｎ　ａｎｄ　ＵＶ－ｖｉｓｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ，ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｅｆｆｅｃｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｍｓａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｈａｄ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｔｈｉｏ－ｐｈｅｎｅ．Ｉｔ　ｉｓ　ｋｎｏｗｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｅａｋ　ｖａｌｕｅ　ｗａｓ　ｅｎｌａｒｇ ｅｄ　ａｓ　ｔｈｅ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｇｌｅ　ｗａｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｈａｄ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｌｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｄｏｎｅ　ｎｏｔ　ａｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ　ａｓ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｅｘ－ｃｅｅｄｅｄ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　 ｖａｌｕｅ．Ｋｅｙ　 ｗｏｒｄｓ　ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ，ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ 聚噻吩及其衍生物不仅具有优异的电性能， 而且具有比聚苯胺优异的加工性。三氧化二铝、二氧化钛、氧化锌等无机材料都已被用来与聚噻吩进行复合。由于聚噻吩的特性，考 虑其在有机太阳能电池方面的应用［ １］ 。聚噻吩及其衍生物可溶解、 易于制备，有很好的环境热稳定性，掺杂后具有很高的导电性，因此有广泛的用途［ ２］ 。聚噻吩已成为人们设计新型导电聚合物最有前景的基体之一，且各类聚噻吩衍生物的应用广泛，在材料科学领域备受关注。到目前为止，主要的制备 方法有电化学聚合［３］ 和化学聚合，另外还有气象沉积法、激光促进合成［ ４］、微波辐射法［５］、微乳液制备法［６］ 等一些特殊的制备方法 ［７］ 。本研究主要是在不同条件下制备聚噻吩，并对其 进行表征及性能分析，为进一步探讨它的光伏性能及在电池中的应用。 １　实验部分 氯仿、盐酸、无水氯化铁、噻吩、乙腈等药品均为分析纯，且未进一步提纯，配制溶液和洗涤过程中均用去离子水。实 验仪器在实验前后均倒入稀盐酸静置１０ｍｉｎ，然后用去离子水清洗。 样品测试中，扫描电子显微镜测试使用ＪＥＭ－７００场发射扫描电镜（日本ＪＥＯＬ公司）；拉曼光谱表征使用ＲＥＮ－ＩＳＨＡＷＲＭ２０００显微拉曼光谱仪（英国Ｒｅｎｉｓｈａｍ公司），激光波长为５３２ｎｍ，功率为２５Ｗ；ＸＲＤ采用荷兰帕纳特公司的ＡＲＬ型号Ｘ射线衍射仪；ＵＶ－３１５０型ＩＲ－ＶＩＳ－ＵＶ分光光度计。 因噻吩单体分子结构的独特性，当在催化剂无水氯化铁的作用下发生聚合反应时，噻吩单体之间就会有３种连接方式，一种是与Ｓ相近的２个Ｃ发生连接，第二种是与Ｓ邻近的与Ｓ远离的连接，第三种则是远离Ｓ的２个Ｃ发生连接。制备条件的不同必然会影响聚合物的分子结构，从而影响聚噻吩的性能。理论上第一种连接方式会增加聚噻吩的导电性。 将一定量的无水氯化铁加入到含有１００ｍＬ氯仿的烧杯中，搅拌约３０ｍｉｎ得到暗绿色浑浊液，然后将含有０．１２ｍｏＬ的５０ｍＬ氯仿溶液逐滴滴入体系中， 无水氯化铁和噻吩的物质的

导电高分子材料

导电高分子材料 导电高分子材料概述 摘要导电高分子材料具有高电导率等与一般聚合物不同的特性。文章综述了导电高分子的分类，研究进展，制备方法以及在作为导电材料，电极材料，显示材料，电子器件，电磁屏蔽材料及催化材料方面的应用。 关键词:导电高分子，制备，应用 Abstract :Conductive polymeric materials have the properties such as high conductivity that different from traditional polymeric materials.This paper reviews the classification of conductive polymers, research progress,Preparation methods and Conductive polymeric materials applied as the conductive material, electrode materials, display materials, electronic devices, electromagnetic shielding materials and the application of catalytic materials. Keywords: Conductive polymeric materials, Preparation,application 传统高分子材料的体积电阻率一般介于1010,1020Ω?cm之问，一直作为电绝缘材料使用。自从1997年，美国化学家MacDiarmid、物理学家Herger和日本化学家Shirakawa[1]发现掺杂聚乙炔具有良好导电性后，世界各国科学家纷纷投入到导电聚合物的研究当中，各种有机导电聚合物相继出现，其应用范围也日益扩大，广泛应用于各种家用电器、航空航天、抗静电涂料、雷达吸波材料、电磁屏蔽材料和传感器等方面，极大地丰富和改善了人们的生活。 1.导电聚合物的分类

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：

导电高分子材料

导电高分子材料概述 摘要导电高分子材料具有高电导率等与一般聚合物不同的特性。文章综述了导电高分子的分类，研究进展，制备方法以及在作为导电材料，电极材料，显示材料，电子器件，电磁屏蔽材料及催化材料方面的应用。 关键词：导电高分子，制备，应用 Abstract :Conductive polymeric materials have the properties such as high conductivity that different from traditional polymeric materials.This paper reviews the classification of conductive polymers, research progress,Preparation methods and Conductive polymeric materials applied as the conductive material, electrode materials, display materials, electronic devices, electromagnetic shielding materials and the application of catalytic materials. Keywords: Conductive polymeric materials, Preparation,application 传统高分子材料的体积电阻率一般介于1010～1020Ω?cm之问，一直作为电绝缘材料使用。自从1997年，美国化学家MacDiarmid、物理学家Herger和日本化学家Shirakawa[1]发现掺杂聚乙炔具有良好导电性后，世界各国科学家纷纷投入到导电聚合物的研究当中，各种有机导电聚合物相继出现，其应用范围也日益扩大，广泛应用于各种家用电器、航空航天、抗静电涂料、雷达吸波材料、电磁屏蔽材料和传感器等方面，极大地丰富和改善了人们的生活。 1.导电聚合物的分类 导电高分子材料按结构和制备方法不同可分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。根据结构特征和导电机理不同可分成三类：载流子为自由电子的电子导电聚合物、载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物、以氧化还原反应为电子转移机理的氧化还原型导电聚合物。 1.1结构型导电高分子材料 结构型(又称作本征型)导电高分子[2]是指高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。这种高分子材料由于其结构的特点，能够提供载流子而具有导电性，经掺杂后，电导率可达到金属的导电水平。从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。 1.2复合型导电高分子材料 复合型导电高分子材料[3]是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺(如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等)填充到聚合物基体中而构成的。通常是填充高效导电粒子或导电纤维，较普及的是炭黑填充型和金属填充型。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势。 1.3电子导电聚合物 电子导电聚合物是导电聚合物中种类最多，研究最早的一类导电材料，在电子导电聚合物的导电过程中载流子是聚合物中的自由电子或空穴。高分子聚合物中的π键可以提供有限离域，当高分子聚合物中具有共轭结构时，π电子体系增大，电子的离域性增强，共轭体系越大,离域性也越大，电子的可移动范围也就

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

超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展

超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展3 陈光铧,徐建华,杨亚杰,蒋亚东,葛　萌 (电子科技大学光电信息学院,成都610051) 摘要 有机导电聚合物是一类重要的超级电容器电极材料。有机聚合物掺杂状态下,因具有共轭结构,从而提高了电子的离域性,对外表现可以导电。根据掺杂类型和组合的不同,超级电容器有机聚合物电极可分为3种基本类型。阐述了有机聚合物电极的导电原理和分类,介绍了有机聚合物电极的研究现状和发展趋势。 关键词 电化学超级电容器　导电聚合物　聚苯胺　聚噻吩　混合类型电容器　全固态超级电容器 Progress in Research on Conductive Polymer Elect rode Materials for Supercapacitors C H EN Guanghua ,XU Jianhua ,YAN G Yajie ,J IAN G Yadong ,GE Meng (College of Opto 2electronic Information ,University of Electronic Science and Technology of China ,Chengdu 610051) Abstract Conducting polymer is a kind of important supercapacitor electrode materials.The electronic deloca 2lization of polymer will be enhanced for the conjugate structure in doped state.Conducting polymers are divided into three kinds of basic types according to the kind of doping and association.The principle and classification of the con 2ducting polymer are introduced.Recent progress in research and development on conducting polymer electrode mate 2rials for supercapacitors is reviewed. K ey w ords electrochemical supercapacitor ,conducting polymer ,polyaniline ,polythiophene ,hybrid capacitor ,all 2solid 2state electrochemical supercapacitor 　3国家自然科学基金(60771044);电子薄膜与集成器件国家重点实验室开放课题(KFJJ 200806) 　陈光铧:男,1984年生,硕士,研究方向为有机高分子材料及器件　Tel :028*********　E 2mail :ghchen4@https://www.360docs.net/doc/0611999771.html, 徐建华:男, 1966年生,教授,主要从事有机电子材料及器件研究　Tel :028*********　E 2mail :xujh9913@https://www.360docs.net/doc/0611999771.html, 0　引言 超级电容器是一种性能介于电池与传统电容器之间的 新型储能器件,具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点,有着广阔的应用前景,如可用于便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源及应急后备电源等。特别是在电动汽车上,超级电容器与电池联合能分别提供高功率和高能量,既减小了电源的体积又延长了电池的寿命。电极材料是超级电容器最为关键的部分,也是决定其性能的主要因素,因此开发具有优异性能的电极材料是超级电容器研究中最核心的课题。导电聚合物是一类重要的超级电容器电极材料,其电容主要来自于法拉第准电容。目前应用于超级电容器的导电聚合物主要有聚苯胺(Polyaniline )、聚噻吩(Polyt hiophene )、聚吡咯(Polypyrrole )等[1-4]。 1　超级电容器导电聚合物电极的工作原理及 特点 多数聚合物分子主要由以定域电子或者有限离域电子(价电子)构成的共价键连接各种原子而成。其中,键和独立的键价电子是典型的定域电子或是有限的离域电子。根据目前已有的研究成果,虽然有机化合物中的键可以提供有限离域性,但是电子仍不是导电的自由电子。当有机化合物具 有共轭结构时,电子体系增大,电子的离域性增强,可移动的范围扩大。当共轭结构达到足够大时,化合物即可提供自由电子,共轭体系越大,离域性越大。因此有机聚合物成为导体的条件是有能够使其内部某些电子或空穴具有跨键离域移动能力的共轭结构。图1为PEDO T (聚乙撑二氧噻吩)的阳离子型链式聚合反应。以导电聚合物为电极的超级电容器,其电容一部分来自电极/溶液界面的双电层,更主要的一部分是由法拉第准(假)电容提供。其作用机理是:通过在电极上聚合物膜中发生快速可逆N 型、P 型掺杂和去掺杂的氧化还原反应,使聚合物达到很高的储存电荷密度,产生很高的法拉第准(假)电容而实现储存电能。导电聚合物的P 型掺杂过程是指外电路从聚合物骨架中吸取电子,从而使聚合物分子链上分布正电荷,溶液中的阴离子位于聚合物骨架附近保持电荷平衡(如聚苯胺、聚吡咯及其衍生物);而发生N 型掺杂过程时,从外电路传递过来的电子分布在聚合物分子链上,溶液中的阳离子则位于聚合物骨架附近保持电荷平衡(如聚乙炔、聚噻吩及其衍生物)。 图2是PEDO T 在P 型掺杂及掺杂过程后分子结构的示意图。PEDO T 的电化学电容行为通过掺杂/脱掺杂反应来实现。导电聚合物电极在三维结构内部储存电荷使其作为超级电容器电极材料优于高比表面的活性炭,后者的充放电过程仅仅发生在电极材料和电解液界面的双电层中。对于

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

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

超级电容器电极材料的研究现状与发

超级电容器电极材料的研究现状与发展 陈新丽 （指导老师：袁中直教授） 华南师范大学化学与环境学院 摘要：简单介绍了目前研究领域不同类别的超级电容器，并综述了近年来超级电容器电极材料的研究进展以及现状，并讨论了今后在超级电容器电极材料方面的研究重点和发展方向。关键词：超级电容器；电极材料 The current research situation and development of electrode materials for supercapacitors Chen Xin-li College of Chemistry and Environment, The South China Normal University, Guangzhou, China, 510631 Abstract:Several different kinds of supercapacitors are introduced in this paper. A review is made of the development and current situation of electrode materials for supercapacitors. The development and key research work are also discussed . Key words: supercapacitor; electrode materials 1. 引言 伴随人类社会发展的日新月异，对能源的需求也飞速增长，但是传统的化石能源不可再生，近年的石油危机便充分暴露能源需求与供给之间的矛盾。而且，全球生态环境日益恶化，人类今后会更加依赖清洁的、可再生的能源。超级电容器的相关研究以及近年来的大力发展就顺应了人类对新型能源的需求。超级电容器是一种介于普通电容器和二次电池之间新型无维护储能元件，比功率是电池的10倍以上，储存电荷的能力比普通电容器高，具有工作温度范围广、可快速充放电且循环寿命长、无污染零排放的新能源[1]。由于超级电容器具有比普通电容器更高比电容量和能量密度，而且同时具有比电池更高的功率密度，在通讯科技、信息技术、家用电器等各种工业领域以及电动汽车、航空航天等领域都有广阔的应用前景。已经受到了世界各国的普遍重视[2.3]。 目前，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（有文献中也称之为赝电容电容器）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，因此可以获得比双电层电容器更高的电容量和能量密度。最近得到大力发展的是兼具二者优势的混合超级电容器。目前，又发展了新的不对称超级电容器[4]。在不对称超级电容器中，双电极的材料是不一样的，如此可以更好地提高超级电容器的有关性能。 无论基于何种原理，超级电容器都可以分为四大部分：双电极、电解质、集流体和隔离物。当前，人们研究的热点是电极材料和电解质，电极材料的研究主要在四个方面：碳电极材料