碳纳米管在超级电容器中的应用
碳纳米管制备及其应用前沿
碳纳米管制备及其应用前沿碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米管状结构，具有优异的物理和化学性质，在许多领域具有广泛的应用前景。
接下来将从制备方法和应用前沿两个方面进行介绍和探讨。
一、碳纳米管的制备方法目前，制备碳纳米管的方法主要包括电弧放电、激光脱附、化学气相沉积、碳原子沉积和碳纳米管模板法等。
其中，化学气相沉积是目前较为常用的制备方法。
化学气相沉积法是在高温下，使含碳气体在催化剂表面上裂解，生成碳纳米管，并通过合适的控制方法，调节管子的直径、壁厚等性质。
此外，在催化剂上引入其他金属元素，如铁、镍等，还可以得到多壁碳纳米管、碳纳米带和碳纳米球等不同形态的碳纳米材料。
二、碳纳米管的应用前沿(一)能源储存碳纳米管具有极高的表面积和优异的电化学性能，已被广泛地应用于电池、超级电容器等领域。
例如，在锂离子电池中，将碳纳米管作为电极，可以大幅提高电极的比表面积、导电性能和循环寿命。
在超级电容器中，由于碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能，被广泛应用于电容的电极材料。
(二)催化剂由于碳纳米管的高比表面积和优异的催化性能，已成为新一代高效的催化剂材料。
例如，在氢能源领域，碳纳米管可以作为催化剂在反应中转化氢气，从而推进氢能源的发展。
同时，碳纳米管还可以用于金属催化剂的支撑材料，以提高催化剂的催化效率和稳定性。
(三)生物传感器碳纳米管还可以用于生物传感器的制备，具有极高的灵敏度和选择性。
例如，在血糖检测中，将碳纳米管复合在臂带上，可以使用手机APP通过检测臂带的信号来进行血糖测量。
(四)纳米电子学由于碳纳米管的导电性能和尺寸效应，在纳米电子学领域也有广泛的应用。
例如，碳纳米管可以用作场效应管的电极材料，制备高性能的纳米电子器件。
总之，碳纳米管作为一种新型的纳米材料，在能源储存、催化剂、生物传感器、纳米电子学等领域都有着广阔的应用前景。
随着技术的不断成熟和进步，相信碳纳米管在更多领域将会有更广泛的应用。
碳纳米管在超级电容器中的应用
碳纳米管在超级电容器中的应用在现代科技中，储存和转换电能的需求越来越高，超级电容器由于其高功率密度和长寿命等优点而备受瞩目。
其中，碳纳米管材料是超级电容器中理想的电极材料之一。
本文将从碳纳米管的结构特点、制备方法以及在超级电容器中的应用等方面进行探讨。
一、碳纳米管的结构特点碳纳米管是由若干层具有六元环结构的碳原子构成的管状结构，其直径通常在1~100纳米之间。
碳纳米管的特殊结构赋予其独特的电学、光学、力学和导热等性质，其中主要包括以下几个方面：1.良好的导电性:碳纳米管具有良好的电导率和电子迁移率，可用于制备高性能电子器件。
2.优异的力学性能:碳纳米管具有极高的模量和强度，较好的韧性和弹性，可用于制备高性能纳米机械器件。
3.优异的光学性能:碳纳米管在红外波段具有良好的透光性，可用于制备高效率的光电器件。
二、碳纳米管的制备方法目前，碳纳米管主要有化学气相沉积法、电弧等离子体放电法、激光热解法、电化学方法等多种制备方法。
这些方法各有特点，但都需要一定的设备和技术条件。
1.化学气相沉积法:该方法是通过在高温下一定气氛下沉积碳原子来制备碳纳米管，其优点是操作简便，但缺点是制备的碳纳米管质量不高。
2.电弧等离子体放电法:该方法是利用直流电弧等离子体在高温下沉积碳原子制备碳纳米管，其优点是制备出来的碳纳米管质量高，但设备复杂，成本较高。
3.激光热解法:该方法是利用激光加热碳源来制备碳纳米管，其优点是制备出的纳米管尺寸分布较小，质量高，但设备复杂，制备周期长。
4.电化学方法:该方法是通过在电解质溶液中加入碳源，利用外加电压在电极上沉积碳纳米管。
该方法简单易行，无需高温高压，但制备出的纳米管尺寸分布不均匀。
三、碳纳米管材料可用于制备超级电容器的电极材料，主要有两种方法：一种是利用碳纳米管的高表面积制备电极材料；另一种是将碳纳米管与其他电极材料复合制备电极材料。
1.利用碳纳米管的高表面积制备电极材料:碳纳米管单层结构的表面积相对较大，可以提高电极材料的活性表面积，从而提高电容器的能量密度和功率密度。
碳纳米管材料在电池制造中的应用
碳纳米管材料在电池制造中的应用碳纳米管（Carbon nanotube，CNT）是一种具有独特属性的纳米材料。
它们是由碳原子组成的，呈现出一种管状结构，长约为数微米到数十微米不等，直径则为几个纳米。
碳纳米管因其高分子量、高比表面积和优异的电导率等特性，已经成为研究的热点，具有广泛的应用前景。
其中，碳纳米管材料在电池制造中的应用是非常引人瞩目的。
一、碳纳米管材料在锂离子电池制造中的应用锂离子电池是当前商业化程度最高的可充电电池之一。
碳纳米管由于其优良的导电性和高比表面积，可以作为锂离子电池的电极材料，提高电池的容量和功率密度。
研究表明，将碳纳米管作为电极材料，不仅可以提高电池初始容量，还可以减轻电极的体积膨胀和收缩，从而延长电池的寿命。
此外，碳纳米管还可以作为导电添加剂用于制备锂离子电池的电解质，提高电解液的电导率，从而提高电池的充放电效率和循环寿命。
二、碳纳米管材料在银锌电池制造中的应用银锌电池是一种常用于医疗器械和电子设备等领域的纽扣电池。
在传统的银锌电池中，锌是主要反应物，其容量较低且存在结构膨胀问题，导致电池循环一定次数后会失去活性。
近年来，研究人员发现通过添加碳纳米管可以显著提高银锌电池的容量和功率密度。
其原理是碳纳米管的高导电性和结构稳定性，能够促进电池反应的进行并减缓电极结构的膨胀和收缩。
三、碳纳米管材料在超级电容器制造中的应用超级电容器，也称为电化学双层电容器，以其高能量密度、长循环寿命和快充速度等优点备受研究者的青睐。
碳纳米管是制备超级电容器的优良材料之一。
首先，碳纳米管具有大比表面积和优异的电极化学性质，可以提高电容器的能量密度和功率密度。
其次，碳纳米管还可以用于制造复合电极材料，通过改变碳纳米管的形态和结构，实现更好的电容性能。
综上所述，碳纳米管作为一种具有优异性能的新型材料，为电池制造提供了新的思路和方法。
未来，碳纳米管材料在电池制造中的应用前景十分广阔，也将为新能源和节能环保等领域的发展做出更大的贡献。
新型碳纳米管应用于超级电容器的研究
新型碳纳米管应用于超级电容器的研究超级电容器是一种能够存储和释放电荷的装置，以其高能量密度、高功率密度、长循环寿命和短充电时间的优良性能而备受关注。
然而，现有的超级电容器仍然存在存储能量密度不足、循环寿命短、成本过高等问题，限制了其在实际应用中的广泛使用。
近年来，新型碳纳米管在超级电容器领域的应用成为了研究的一个重点。
碳纳米管是由单层或多层碳原子组成的空心圆柱形结构，在电化学器件中具有较好的电极材料性能。
研究表明，碳纳米管具有卓越的导电性、化学稳定性、可调节的孔径大小和高比表面积等优异特性，因此在应用领域具有广泛的前景。
利用碳纳米管作为电极的超级电容器因其高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优点而受到广泛关注。
一方面，碳纳米管的高比表面积可以提高电容器的存储能量密度。
由于碳纳米管表面积大，能够提供更多的表面吸附位和存储电荷的空间，因此可以增加电容器的存储容量。
同时，碳纳米管的小孔径也可以提高电容器的电容效率和循环寿命。
由于电容器中的电荷是在电极表面固定的，因此小孔径有利于电荷的有效固定，从而提高电荷的利用效率。
此外，小孔径还可减少电解液的扩散，延长电容器的循环寿命。
另一方面，碳纳米管的高导电性可以提高电容器的功率密度，即快速充放电能力。
碳纳米管具有较高的电子输运速度和极低的内阻，可以实现电荷的快速传输和充放电反应的高速进行。
此外，碳纳米管的高化学稳定性也可以保证电容器的长期稳定性和循环寿命。
因此，利用碳纳米管构筑超级电容器已成为研究的热点。
目前，研究者们通过多种方法制备碳纳米管电极材料，并探索了一系列电化学性能和微观结构特征。
例如，文献报导了利用碳纳米管和谷氨酸修饰的多壁纳米碳管制备超级电容器，该电容器表现出优异的电容性能和循环稳定性。
同时，也研究了在不同电解质里碳纳米管的电化学行为，以乙腈为电解质的电容器在不同电压范围内展现了不同的电化学行为。
总之，碳纳米管作为电极材料的超级电容器拥有稳定的化学性质和优异的电化学性能，是一种具有很高应用前景的能源储存技术。
碳纳米材料在电池中的应用研究
碳纳米材料在电池中的应用研究引言：随着能源需求的增长和能源消耗的加剧，传统燃料的使用已经不再可持续。
因此，人们对新型能源储存和转换技术的需求变得越来越迫切。
碳纳米材料由于其特殊的结构和优异的性能，在能源领域中得到了广泛关注。
本文将重点讨论碳纳米材料在电池中的应用研究，探讨其潜在的应用前景和挑战。
一、碳纳米材料的特性和制备方法碳纳米材料是由碳原子构成的纳米尺度材料，包括碳纳米管、石墨烯、炭黑等。
它们具有高比表面积、良好的导电性和化学稳定性等独特的特性。
碳纳米材料的制备方法繁多，常见的有化学气象法、电弧放电法和化学气相沉积法等。
二、碳纳米材料在锂离子电池中的应用1. 正极材料改性由于其高比表面积和导电性，碳纳米材料可用于改善锂离子电池正极材料的性能。
例如，将碳纳米管添加到锂铁磷酸盐正极材料中，可以提高其电导率和锂离子扩散速度，从而提高电池的放电性能和循环稳定性。
2. 负极材料改性碳纳米材料还可以用于改善锂离子电池负极材料的性能。
石墨烯的应用研究表明，添加石墨烯可以提高负极材料的电导率和锂离子嵌入/脱嵌速率，从而增加电池的储能密度和循环寿命。
三、碳纳米材料在超级电容器中的应用1. 电极材料改性碳纳米材料可以用于改善超级电容器的电极材料。
炭黑是一种常用的电极材料，其高比表面积和导电性使得电容器具有较高的电容量和快速的充放电速度。
此外，碳纳米管和石墨烯等材料的引入也可以进一步提高超级电容器的性能。
2. 电解质改性除了作为电极材料的改性外，碳纳米材料还可以用于改善超级电容器的电解质。
例如，添加碳纳米材料到电解质中可以提高其离子传导能力和界面稳定性，从而提高超级电容器的性能。
四、碳纳米材料在太阳能电池中的应用碳纳米材料也被广泛研究用于太阳能电池中。
由于其高比表面积和导电性，碳纳米材料可以提高太阳能电池的光吸收能力和电荷传输速率。
此外，石墨烯和碳纳米管的应用可以提高太阳能电池的稳定性和寿命。
总结：碳纳米材料在电池中的应用研究显示出了巨大的潜力。
碳纳米管复合材料用于超级电容器的研究
碳纳米管复合材料用于超级电容器的研究超级电容器是目前科技领域中备受关注的一种电子器件，其具有充放电速度快、寿命长、可重复充放电等优点。
因此，它在能量存储和传输方面有着广泛的应用前景，例如在汽车、飞机等领域的能源回收和存储，以及可穿戴设备、智能家居等领域的电源供应。
然而，目前市场上的超级电容器仍存在着容量低、能量密度不足等问题，这制约了其在实际应用中的发展。
因此，如何提高超级电容器的性能和容量一直是科学家们持续研究的热点问题，而碳纳米管复合材料的应用就是其中的一种解决方案。
碳纳米管是一种直径在几纳米到数十纳米之间、长度在几微米到数千微米之间的碳纳米材料。
它具有极高的强度、导电性和热导率等优良性能，这些优点使得碳纳米管成为解决超级电容器容量低和能量密度不足的一种有效方法。
同时，构建碳纳米管复合材料还能够提高超级电容器的稳定性和循环寿命。
目前，有许多学者对碳纳米管复合材料用于超级电容器的研究展开了深入探讨。
其中，最常用的方法是将碳纳米管与活性材料组合使用制备电极。
这种方法能够在利用碳纳米管的高导电性和力学强度的同时，也提供了高表面积和更高的容量存储量。
此外，还有一些学者利用碳纳米管的三维网络结构来制备超级电容器。
这种三维网络结构具有高比表面积、良好的电子传输性和电容能力等特点，可大大提高超级电容器的性能。
除此之外，我们还能够探讨到碳纳米管复合材料提高超级电容器性能的其它可能性。
例如，应用生物体系、多孔碳和二维材料构建复合电容器等。
这些方法所依赖的机理不同，因而也具有各自独特的优点。
总之，碳纳米管复合材料的应用为提高超级电容器的性能提供了可行的解决方案。
随着科技的飞跃和技术的进步，碳纳米管复合材料将会得到更广泛的应用，进一步推动超级电容器的发展和应用领域的拓展。
碳纳米管的具体应用
碳纳米管的具体应用碳纳米管是由碳原子组成的纳米尺寸管状结构，具有优异的物理和化学性质，因此在众多领域中具有广泛的应用前景。
本文将从电子学、材料科学、生物医学、能源领域等多个方面介绍碳纳米管的具体应用。
1. 电子学领域碳纳米管在电子学领域有着重要的应用，主要体现在以下几个方面：（1）场效应晶体管（FET）：碳纳米管可以作为FET的通道材料，具有优异的电子输运性能，可实现高速、低功耗的电子器件。
（2）纳米电子学器件：碳纳米管可以用于制备纳米电子学器件，如纳米电极、纳米线和纳米电容器等，用于构建超高密度的集成电路。
（3）柔性电子学：碳纳米管具有优异的柔性性质，可以用于制备柔性电子学器件，如柔性传感器、柔性显示器等，为可穿戴设备和可弯曲电子设备提供了新的可能性。
2. 材料科学领域碳纳米管在材料科学领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：（1）复合材料增强剂：碳纳米管可以作为一种优秀的增强剂，加入到金属、陶瓷或聚合物基体中，可以显著提高材料的力学性能和导电性能。
（2）催化剂载体：碳纳米管具有大比表面积和良好的导电性质，可作为催化剂的载体，提高催化反应的效率和选择性。
（3）锂离子电池负极材料：碳纳米管具有高比表面积和良好的电子传导性能，可作为锂离子电池负极材料，具有高容量和长循环寿命等优点。
3. 生物医学领域碳纳米管在生物医学领域有着广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：（1）药物传递：碳纳米管可以作为药物的载体，通过调控其表面性质和内部结构，实现药物的控释和靶向传递，提高药物治疗的效果。
（2）生物传感器：碳纳米管具有高比表面积和优异的电化学性能，可以用于制备生物传感器，实现对生物分子的灵敏检测和诊断。
（3）组织工程：碳纳米管可以作为支架材料用于组织工程，促进细胞生长和组织修复，具有重要的临床应用前景。
4. 能源领域碳纳米管在能源领域有着重要的应用，主要体现在以下几个方面：（1）锂离子电池：碳纳米管可以作为锂离子电池的电极材料，具有高比表面积和优异的电导率，可提高电池的能量密度和循环寿命。
碳纳米管在超级电容器中的应用研究进展 (1)
万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据碳纳米管在超级电容器中的应用研究进展作者：吴锋， 徐斌， WU Feng， XU Bin作者单位：吴锋,WU Feng(北京理工大学,化工与环境学院,国家高技术绿色材料发展中心,北京,100081)， 徐斌,XU Bin(北京理工大学,化工与环境学院,国家高技术绿色材料发展中心,北京,100081;防化研究院,北京,100083)刊名：新型炭材料英文刊名：NEW CARBON MATERIALS年，卷(期)：2006,21(2)被引用次数：10次参考文献(63条)1.Burke A Ultracapacitor:why,how,and where is the technology[外文期刊] 20002.Nishino A Capacitors:operating principles,current market and technical trends[外文期刊] 19963.Soavi F New trends in electrochemical supercapacitors[外文期刊] 2001(1-2)4.Nomoto S.Nakata H.Yoshioka K Advanced capacitors and their application[外文期刊] 20015.Arbizzani C.Mastragostino M Principles and applications of electrochemical capacitors[外文期刊] 20006.Robert A H Supercapacitors and electrochemical pulse sources[外文期刊] 20007.Chu A.Braatz P Comparison of commercial supercapacitors and high-power lithium-ion batteries for power-assist applications in hybrid electric vehicles I.Initial characterization[外文期刊] 20028.Faggioli E.Rena P.Danel V Supercapacitors for the energy management of electric vehicles[外文期刊] 19999.Jarvis L P.Atwater T B.Cygan P J Feul cell/electrochemical capacitor hybrid for intermittent high power applications 199910.Frackowiak E.Beguin F Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors[外文期刊] 200111.侯朝辉.李新海.刘恩辉同步合成模板炭化法制备双电层电容器电极用中孔炭材料的研究[期刊论文]-新型炭材料 2004(01)12.Yoon S.Lee J.Hyeon T Electric double-layer capacitor performance of a new mesoporous carbon[外文期刊] 2000(07)13.何月德.刘洪波.张红波活化剂用量对无烟煤基高比表面积活性炭电容特性的影响[期刊论文]-新型炭材料2002(04)14.文越华.曹高萍.程杰纳米孔玻态炭-超级电容器的新型电极材料Ⅰ.固化温度对其结构和电容性能的影响[期刊论文]-新型炭材料 2003(03)15.Niu C.Sichel E K.Hoch R High power electrochemical capacitors based on carbon nanotube electrodes [外文期刊] 1997(11)16.Wu N Nanocrystalline oxide supercapacitors[外文期刊] 2002(1-3)17.苏岳锋.吴锋.包丽颖乙炔黑掺杂NiOx电极及其应用[期刊论文]-新型炭材料 2004(03)18.Park B.Lokhande C D.Park H Performance of supercapacitor with electrodeposited ruthenium oxide film electrodeseffect of film thickness[外文期刊] 200419.Ryu K S.Wu X L.Lee Y G Electrochemical capacitor composed of doped polyaniline and polymerelectrolyte membrane[外文期刊] 2003(05)20.Mastragostino M.Arbizzani C.Soavi F Conducting polymers as electrode materials in supercapacitors [外文期刊] 2002(3-4)21.Ryu K S.Lee Y.Hong Y Poly(ethylenedioxythiophene) (PEDOT) as polymer electrode in redox supercapacitor[外文期刊] 2004(2-3)22.Iijima S Helical microtubules of graphitic carbon 199123.王敏炜.李凤仪.彭年才碳纳米管-新型的催化剂载体[期刊论文]-新型炭材料 2002(03)24.Serp P.Corrias M.Kalck P Carbon nanotubes and nanofibers in catalysis[外文期刊] 200325.Li J.Papadopoulos C.Xua J M Highly-ordered carbon nanotube arrays for electronics applications[外文期刊] 1999(03)26.Yoon S M.Chae J.Suh J S Comparison of the field emissions between highly ordered carbon nanotubes with closed and open tips[外文期刊] 2004(05)27.Hsieh C T.Chen J M.Kuo R R Fabrication of well-aligned carbon nanofiber array and its gaseous-phase adsorption behavior[外文期刊] 2004(07)28.马仁志.魏秉庆.徐才录基于碳纳米管的超级电容器[期刊论文]-中国科学E辑 2000(02)29.马仁志.魏秉庆.徐才录应用于超级电容器的碳纳米管电极的几个特点[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版) 2000(08)30.刘辰光.刘敏.王茂章电化学电容器中炭电极的研究及开发Ⅱ炭电极[期刊论文]-新型炭材料 2002(02)31.Frackowiaka E.Metenier K.Bertagna V Supercapacitor electrodes from multiwalled carbon nanotubes [外文期刊] 2000(15)32.Zhang B.Liang J.Xu C L Electric double-layer capacitors using carbon nanotube electrodes and organic electrolyte[外文期刊] 200133.王贵欣.瞿美臻.周固民一种估算多壁碳纳米管电化学容量的方法[期刊论文]-无机化学学报 2004(04)34.徐斌.吴锋.陈人杰碳纳米管在室温熔盐中的电容特性[期刊论文]-物理化学学报 2005(10)35.An K H.Kim W S.Park Y S Supercapacitor using singlewalled carbon nanotube electrodes 2001(07)36.Pico F.Rojo J M.San juan M L Single-walled carbon nanotubes as electrodes in supercapacitors[外文期刊] 2004(06)37.Chen Q L.Xue K H.Shen W Fabrication and electrochemical properties of carbon nanotube array electrode for supercapacitors[外文期刊] 200438.Park D.Kim Y H.Lee J K Synthesis of carbon nanotubes on metallic substrates by a sequential combination of PECVD and thermal CVD[外文期刊] 200339.Yoon B J.Jeong S H.Lee K H Electrical properties of electrical double layer capacitors with integrated carbon nanotube electrodes 200440.Emmenegger C.Mauron P.Zuttel A Carbon nanotube synthesized on metallic substrates[外文期刊] 200041.Chen J H.Li W Z.Wang D Z Electrochemical characterization of carbon nanotubes as electrode in electrochemical double-layer capacitors[外文期刊] 200242.Jiang Q.Qu M Z.Zhou G M A study of activated carbon nanotubes as electrochemical supercapacitors electrode materials[外文期刊] 200243.Frackowiak E.Delpeux S.Jurewicz K Enhanced capacitance of carbon nanotubes through chemical activation[外文期刊] 200244.邓梅根.张治安.胡永达活化和表面改性对碳纳米管超级电容器性能的影响[期刊论文]-物理化学学报 2004(04)45.Li C S.Wang D Z.Liang T X Oxidation of multiwalled carbon nanotubes by air:benefits for electric double layer capacitors[外文期刊] 200446.Li C S.Wang D Z.Liang T X Oxidation behavior of CNTs and the electric double layer capacitors made of the CNT electrode[期刊论文]-Science in China (Series E) 2003(04)47.李辰砂.李贵涛.田秋碳纳米管的空气和二氧化碳活化及其对双电层电容器性能的改进[期刊论文]-材料工程2004(02)48.Zheng J P.Jow T R High energy and high power density electrochemical capacitor[外文期刊] 199649.Arabale G.Wagh D.Kulkarni M Enhanced supercapacitance of multiwalled carbon nanotubes functionalized with ruthenium oxide[外文期刊] 200350.Qin X.Durbach S.Wu G T Electrochemical characterization on RuO2 @ xH2 O/carbon nanotubes composite electrodes for high energy density supercapacitors 200451.Park J H.Ko J M.Park O O Carbon nanotube/RuO2 nanocomposite electrode for supercapacitor[外文期刊] 2003(07)52.Reddy R N.Reddy R G Synthesis and electrochemical characterization of amorphous MnO2 electrochemical capacitor electrode material[外文期刊] 2004(1-2)53.梁逵.陈艾.李悦超大容量离子电容器碳纳米管与氧化镍复合电极材料的研究[期刊论文]-硅酸盐学报 2002(04)54.李悦.陈艾.梁逵碳纳米管/氧化镍复合电极超大容量离子电容器[期刊论文]-电子元件与材料 2003(06)55.王晓峰.王大志.梁吉碳纳米管表面沉积氧化镍及其超电容器的电化学行为[期刊论文]-无机材料学报 2003(02)56.邓梅根.张治安.胡永达超级电容器碳纳米管与二氧化锰复合电极材料的研究[期刊论文]-硅酸盐学报 2004(04)57.Zhou Y K.He B L.Zhang F B Hydrous manganese oxide/carbon nanotube composite electrodes for electrochemical capacitors[外文期刊] 200458.Ingram M D.Staesche H.Ryder K S"Activated" polypyrrole electrodes for high-power supercapacitor applications 2004(14)59.Frackowiak E.Jurewicz K.Szostak K Nanotubular materials as electrodes for supercapacitors 200260.Frackowiak E.Beguin F Electrochemical storage of energy in carbon nanotubes and nanostructured carbons[外文期刊] 200261.Frackowiak E.Jurewicz K.Szostak K Nanotubular materials for supercapacitors 200162.An K H.Jeon K K.Heo J K High-capacitance supercapacitor using a nanocomposite electrode ofsingle-walled carbon nanotube and polypyrrole[外文期刊] 2002(08)63.Zhou Y K.He B L.Zhou W J Electrochemical capacitance of well-coated single-walled carbon nanetube with polyaniline composites[外文期刊] 2004引证文献(10条)1.马如飞.李铁虎.赵廷凯.王大为碳纳米管应用研究进展[期刊论文]-炭素技术 2009(3)2.王素琴.杨占红.黎泓波.李晓艳.郭乔辉H2O2活化聚酰亚胺碳纳米纤维无纺布及其储电性能[期刊论文]-纳米技术与精密工程 2009(3)3.张强.刘毅.胡玲.骞伟中.罗国华.魏飞调变Ni/Mo/MgO催化剂中Ni/Mo比例可控合成薄壁碳纳米管[期刊论文]-新型炭材料 2008(4)4.王琴.李建玲.高飞.李文生.武克忠.王新东超级电容器用聚苯胺/活性炭复合电极的研究[期刊论文]-新型炭材料 2008(3)5.杨家义.史铁钧.金维亚.邹燕对氨基苯磺酸两步法修饰多壁碳纳米管[期刊论文]-化学学报 2008(5)6.徐斌.吴锋.苏岳锋.曹高萍.陈实.杨裕生活性碳纳米管的制备及其在有机电解液中的电容性能研究[期刊论文]-化学学报 2007(21)7.包丽颖.吴锋.徐斌.苏岳锋聚合物共混法制备超级电容器用多孔炭材料[期刊论文]-北京理工大学学报 2007(9)8.魏飞.张强.骞伟中.徐光辉.项荣.温倩.王垚.罗国华碳纳米管阵列研究进展[期刊论文]-新型炭材料 2007(3)9.沙风焕.赵隆茂.杨桂通多壁碳纳米管横向扰动波传播的研究[期刊论文]-新型炭材料 2006(3)10.潘应君.宣圣柱.谭密.周青春电容器用TiCN/Al复合铝箔的制备及其耐蚀性研究[期刊论文]-无机材料学报2010(9)本文链接：/Periodical_xxtcl200602015.aspx。
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碳纳米管在超级电容器中的应用
凝聚态物理 徐娇
Contents
1 2 3 4 什么是超级电容器
为什么要研究超级电容器
为什么要选用碳纳米管作为超级电容器的 电极材料？ 目前碳纳米管制作电极材料有哪些方向？
什么是超级电容器
1.超级电容器（ Supercapacitor ）
“超级电容器”一词源自于二十世纪六十年代末日本NEC公 司生产的电容器产品“SUPER一CAPACITOR”，它泛指具有很 高功率和高能量密度的电容器。所谓“超级电容器器”本质 上是根据电化学原理设计、制造出来的，因此它又被称为电 化学电容器(Eleetro一chemicalcapatiors，Ec)。
多孔碳材料 1.活性炭 2.活性炭纤维 3.碳纳米管 etc......
1.金属氧化物电极材料 如：RuO2、NiO、 CoO等 2.导电聚合物电极材料 如：PPY、PTH、PVN
为什么要选用碳纳米管作为超级电容器的极材料？ 2.碳纳米管（ CNT ） 由石墨原子单层绕同轴缠绕而成或由单层石墨圆筒沿 同轴层层套构而成的管状物。其直径一般在一到几十个纳 Text 米之间，长度则远大于其直径。 t Concept Text Text
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碳纳米管在超级电容器中的应用受到了广泛的关注。不同方法制备出的 碳纳米管由于微观结构、形态存在较大的差别， 再加上电极成型工艺、所 用电解液体系和测试方法等的不同， 电容性能差别很大。目前的研究多集 中在碳纳米管的制备方面， 针对其微观结构与电化学性能的关系等理论问 题的研究较少， 还缺乏清晰的认识， 今后应加强这方面的工作以指导碳纳 米管的制备和筛选。碳纳米管比表面积小， 比容量偏低。化学活化可以显 著提高其比表面积， 增大其比电容。将碳纳米管与准电容材料金属氧化物 或导电聚合物复合， 可以发挥各自的优势，弥补不足，并产生协同效应， 从而得到低成本、高性能的复合电极材料，将是今后发展的一个方向。 受成本和性能的制约，碳纳米管在超级电容器中的应用目前还处于实验 室阶段，随着碳纳米管低成本、批量化的制备技术的发展和其性能的提高， 有望在不久的将来走向产业化。
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为什么要研究超级电容器
2.超级电容器特点 Text (1)比功率高(能够提供几百W·kg-1到几千W·kg-1的功率度); (2)大电流快速充电特性好; (3)电压与容量的模块化; (4)使用温度范围宽，为一40℃——+70℃; Tt (5)循环使用寿命长，可达10万次; (6)无污染，真正免维护; Text (7)价格低; (8)不需冷却及其它附属设备; (9)可以提供很高的放电电流，如2700F的超级电容器额定放 电电流不低于950A，放电峰值电流可达1680A; Tex (10)可以任意并联使用来增加电容量，如采取均压措施后， 还可串联使用
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
为什么要选用碳纳米管作为超级电容器的极材料？
3.结构与性能
中空结构，纳米尺寸 碳原子sp2杂化 部分碳sp3杂化Text
Text 巨大的比表面积 高模量、高强度 Text
Co优良的导电性ncept Text
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目前碳纳米管制作电极材料有哪些方向 CNT超级电容器的几大发展方向
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为什么要选用碳纳米管作为超级电容器的极材料？ 1.超级电容器的改进
双电层电容原理 提高电极材料比表面积和 Text 孔利用率，从而增大比电 容，比能也就增大了。 Text Text 提 高 性 能 Concept 方 法 赝电容原理 提高电极材料可逆法拉第反 应的几率，从而增加比能。 Text Text Text
直接用CNT制作电极材料 单壁CNT、多壁CNT等等。 用活化后的CNT制作电极材料 用HNO3、CO2、空气等活化CNT，增大其比表面积，从而增大其比容量， 并改善其循环使用性能。 CNT与金属氧化物复合制作电极材料 与过度金属氧化物（RuO2、NiO2、MnO2等）复合，当过渡金属氧化 物与复合后，过渡氧化物电极上可发生快速可逆的电极反应，同时CNT具 有大比表面积的网状结构和CNT良好的导电性使电子传递更能进入到电极 内部，使能量存储于三维空间中，最终提高了电极的比电容和能量密度。 CNT与导电聚合物复合制作电极材料 将导电聚合物（PPY、PAN、PANI等）包覆于碳纳米管上， 使二者优 势互补，复合电极材料具有优于导电聚合物的导电性和循环性能， 而比 容量也较碳纳米管有了大幅提高。 CNT与石墨烯复合制作电极材料
什么是超级电容器 2.基本原 理
双 电 层 电 容
双电层电容是在电极/ 溶液界面通过电子或 离子的定向排列造成 电荷的对峙所产生的。 对一个电极/溶液系， 会在电子导电的电极 和离子导电的电解质 溶液界面上形成双电 层。
什么是超级电容器
法拉第赝电容是在电极表面 或体相中的二维或准二维空 间上，电极活性物质进行欠 电位沉积，发生高度可逆的 化学吸附脱附或氧化还原反 应，产生与电极充电电位有 关的电容。对于法拉第准电 容，其储存电荷的过程不仅 包括双电层上的存储，而且 包括电解液中离子在电极活 性物质中由于氧化还原反应 而将电荷储存于电极中。
为什么要研究超级电容器
3.研究意义 由于超级电容器具以上优点，近年来，它已经成为全球研究热点件刊。超 Text 级电容器可以用来与动力电池配合使用，充当大电流或能量缓冲区，减小 大电流充放电对电池的伤害，延长电池的使用寿命，同时能较好地通过再 生制动系统将瞬间能量回收于超级电容器中，提高能量利用率;另外也可 应用于其他系统中，如作为燃料电池的启动动力，做移动通讯和计算机的 电力支持等 Tt 特别是在电动汽车上的应用对提高其加速性能、瞬时启动、爬坡能力、 Text 吸收利用刹车和颠簸能量的作用几乎是无可替代的，美国、日本和俄罗斯 等国都先后投入大量人力、物力对超级电容器进行研究开发，有些公司的 产品已实现商业化。例如，美国能源部对电动车用超级电容器的开发已制 订了相应发展计划，远期目标为比功率达到1500W.kg-1，比能量达到 15W.h.kg-1。
法 拉 第 赝 电 容
为什么要研究超级电容器
1.超级电容器与电池性能比较
Text 性能 放电时间/s 充电时间/s 能量密度/W·h·kg功率密度/W·kg- 1 充放电效率 循环寿命/次 电容器 超级电容器 电池 10- 6 ~ 10- 3 1~ 30 1080~ 10800 10- 6 ~ 10- 3 1~ 30 3600~ 18000 Tt 1~ 10 < 0. 1 20~ 100 > 10000 1000~ 2000 50~ 200 Text ~1. 0 0. 90~ 0.95 0. 70~ 0. 85 无限次 > 100， 000 500~ 2000