超级电容器电极材料的研究进展_袁磊 电极材料
金属氧化物超级电容器的研究进展 (1)
金属氧化物超级电容器的研究进展摘要：超级电容器是介于传统电容器与化学电源之间的一种新型环境友好储能元件，它具有充电时间短、循环寿命长、功率特性好、温度范围宽和经济环保等优势，目前在很多领域都受到广泛关注。
本文简单介绍了超级电容器的原理、分类和特点，并对金属氧化物超级电容器电极材料的研究进展进行了简单论述。
关键词：超级电容器金属氧化物功率密度电极材料Abstract: A supercapacitor is a new environment-friendly device for energy storage between the traditional capacitor and chemical power sources, In recent years，the supercapacitor is attracted global attentions due to its short charging time, long cycle life, high power characteristics, wide temperature range and economic environmental. This review briefly describes the principle, classification and characteristics of supercapacitor, focusing on therecent progress on transition metal oxide electrode materials.Key words: supercapacitor; metal oxide; power density; electrode materials前言能源是人类社会赖以生存和发展的基础。
随着科学技术的进步和社会经济的发展以及人们生活水平的不断提高，人类对能源需求日益增长。
超级电容器氧化钌电极材料的研究进展专业知识讲座
水合
RuO2
水合氧化钌具有微孔或纳米孔表面结构、高度的无定形氧化态、高度的 氢氧基和含水等特征, 局部结构具有质子、电子迁移的畅通路径, 电解液 容易进入活性物质内部, 以它为电极材料组成超级电容器, 不仅在电极活 性物质表面, 而且在体相界面上均能发生高度可逆的快速氧化还原反应, 因此所储存的比能量、比容量大大提高。
氧化钌与导 电聚合物 的复合
在聚合物表面上产生 较大的双电层的同时， 通过导电聚合物在充 放电过程中的氧化、 还原反应，在聚合物 膜上快速生成ｎ型或 ｐ型掺杂，从而使聚 合物存储很高密度的 电荷，产生很大的法 拉第电容，具有很高 的电化学活性。
氧化钌复合电极材料的发展方向 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
溶胶 凝胶 法
溶胶凝胶法是一种低温合成方式,制备的钌氧 化物通常为无定形水合物,已有超过 700 F/g 的比容量。
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氧化钌当形之处态，请结联系构本人及石形式晶体结构, 具有 d 键导电性, 用作电极 材料时, 电解液不易进入材料内部, 只在材料的表面发生反应, 比容量低。
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超级电容 器氧化钌 电极材料
超级电容器简介 氧化钌的化学制备方法 氧化钌形态结构及荷电机理 氧化钌复合电极材料的研究 氧化钌复合电极材料的发展方向
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一般低于150 ℃煅烧时, RuO2·x H2O的X射线衍射光谱 (XRD)图上没有可辨别的峰,为无 序结构。热处理温度高于200℃, 即能看到尖锐的衍射峰,无定形 结构转变成了晶体结构。当然结 构转变温度会因溶胶凝胶过程中 的具体方式而偏高或偏低。
超级电容器电极材料的研究发展_王康
超级电容器电极材料的研究发展_王康超级电容器电极材料的研究发展王康余爱梅郑华均(浙江工业大学绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地，浙江杭州310014)摘要：电极是超级电容器一个重要的组成部分，电极材料是决定超级电容器性能最重要的因素。
本文主要综述了超级电容器的性能优点、工作原理、应用前景，并详细介绍了碳素材料、过渡金属氧化物、导电聚合物等三类超级电容器电极材料的研究进展。
关键词：超级电容器；双电层电容器；法拉第电容器；电极材料收稿日期：2009-11-13作者简介：王康(1985-),男,浙江湖州人,浙江工业大学在读硕士研究生。
文章编号:1006-4184（2010）04-0018-051超级电容器及其电极材料超级电容器也叫电化学电容器，是一种介于蓄电池和传统静电电容器之间的储能装置。
与常规静电电容器不同，其容量可达法拉级至数千法拉，功率密度大，良好的的可逆性能（90%~95%），循环寿命长（>105次）[1]。
另外其完成充电时间短，可以作为大功率脉冲电源，能大电流瞬时充放电，广泛应用于数据记忆存储系统、便携式仪器设备、后备电源、通讯设备、计算机、电焊机、充磁机、闪光灯、燃料电池、电动车混合电源等领域。
随着绿色电动汽车的研制，超级电容器的研究也进入了一个全新时期。
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法拉第电容器。
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，其电极通常采用高比表面积的碳材料；法拉第电容器是利用快速、高度可逆的化学吸附/脱附和氧化/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[2]。
在超级电容器的研究中，许多工作都是围绕着开发各种具有高比能量、高比功率的极化电极材料进行的。
具有高比表面积、较小内阻的碳素材料已广泛应用于双电层电容器；采用过渡金属氧化物、水合物材料和掺杂聚合物的法拉第电容器也逐渐得到开发应用。
基于PEDOTPSS超级电容器电极的研究进展
6I Issue6江西科技师范大学学报Journal of Jiangxi Science&Technology Normal University202012Dec.2020基于PEDOT：PSS超级电容器电极的研究进展王晔晔，丁文俊，杨家霁，陈晓，刘聪聪*(江西科技师范大学化学化工学院，江西南昌330013)摘要：作为典型的导电聚合物，聚(3,4-二氧乙撑8吩)：聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS&在应用中得到了越来越广泛的关注。
它具有许多独特的性能，如较高的掺杂水平、高导电性以及快速的传质动力学。
PEDOT：PSS作为电极材料在能量转换和存储设备中有着较大的发展潜力。
本文对PEDOT：PSS作为超级电容器电极时自身所具备的优及典型合材料的电容性能了。
关键词：电极材料；PEDOT：PSS；导电性；电容性能；复合材料中图分类号：0631文献标识码:A文章编号:2096-854X(2020)06-0056-05Research Progress of PEDOT:PSS as The Electrode ofSupercapacitorsWang Yeye,Ding Wenjun,Yang Jiaji,Chen Xiao,Liu Congcong*(l.School of Chemistry and Chemical Engineering,Jiangxi Science&Technology Normal University,Nanchang330013,Jiangxi,P.R.China)Abstract：As a typical conductive polymer,poly(3,4-dioxyethylenethiophene&:polystyrene sulfonic acid(PEDOT: PSS)has received more and more attention in its applications.High doping level,high conductivity and fast mass transfer kinetics are all its characteristics.PEDOT:PSS as an electrode material has great potential for development in energy conversion and storage devices.This article summarizes the advantages of PEDOT:PSS as a supercapacitor electrode and the capacitance performance of typical composite materials.Key words：Electrode materials;PEDOT:PSS;conductivity;capacitance performance;composite—、前言近年来，便携式电子设备已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分，因此为其提供动力的电化学储能技术将不可避免的面临更大程度的需求与优化。
纳米结构硫化钴作为超级电容器电极材料的研究进展
2016年第35卷第11期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·3549·化工进展纳米结构硫化钴作为超级电容器电极材料的研究进展李浩楠（天津大学化工学院，天津市应用催化科学与工程重点实验室，天津 300072）摘要：纳米结构硫化物因其独特的物理和化学性质，在超级电容器应用中展现出优良的电化学性能。
本文以硫化钴多样的纳米形貌、与石墨烯的复合材料以及在导电基底上的直接生长为主线，综述了近年来国内外关于超级电容器以硫化钴作为电极材料的研究进展。
归纳总结了硫化钴纳米结构的制备方法及其提高电化学性能的原理。
与石墨烯的复合以及在导电基底上的直接生长则有利于结构稳定和电子传输，进而提高了倍率性能和循环稳定性。
最后指出，硫化钴纳米中空结构的设计、修饰，与石墨烯的复合方式，对导电基底的预处理方式和开发纳米结构导电基底以及为商业化设计简单高效、价格低廉的大规模生产路线，将是未来研究的重点。
关键词：超级电容器；纳米结构；电化学中图分类号：O 614.81+2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）11–3549–09DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.11.025Research progress of nanostructured cobalt sulfides materials forsupercapacitorsLI Haonan（Tianjin Key Laborotary of Applied Catalysis Science and Engineering，School of Chemical Engineering andTechnology，Tianjin University，Tianjin 300072，China）Abstract：Due to their unique physical and chemical properties，nanostructured metal sulfide materials have shown excellent electrochemical performance. Herein，we present a review on the research progresses of the nanostructured cobalt sulfides materials for supercapacitors following the clues of the various morphologies of cobalt sulfides，their compositing with graphene and the nanoarrays grown directly on the conductive substrates. The preparation methods of the nanostructured cobalt sulfides and the principles of improving their electrochemical performance are summarized. Both the compositing with graphene and the growth on the conductive substrates strengthen the structure stability and facilitate the electron-transport，and the rate capability and cycling stability are improved accordingly. It indicates that the design and modification of hollow nanostructure，the compositing ways with graphene and the pretreatment of conductive substrates are the research emphases in the future. Additionally，it is crucial to develop a simple and cheap route for the large-scale production of cobalt sulfides in order to meet the need of the commercial applications.Key words：supercapacitors；nanostructure；electrochemistry随着科技和社会发展，汽车、电力和消费电子品等行业对高性能电源的需求量越来越大，具有能量密度高、比功率大、循环寿命长和绿色环保等优点的超级电容器展现出巨大的应用价值和市场潜力。
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究1. 本文概述随着现代科技的发展，能源存储技术正面临着前所未有的挑战和机遇。
超级电容器作为一种重要的能源存储设备，因其高功率密度、快速充放电能力、长寿命周期和环境友好性而受到广泛关注。
在超级电容器的构造中，复合电极材料的研发尤为关键，其直接决定了超级电容器的电化学性能和整体效能。
本文旨在探讨超级电容器复合电极材料的制备方法及其电化学性能。
本文将对目前广泛研究的几种复合电极材料，如碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，进行系统的综述。
这些材料在超级电容器中的应用优势和面临的挑战将被详细讨论。
接着，本文将重点介绍几种创新的复合电极材料制备技术，包括化学气相沉积、水热合成、溶胶凝胶法等。
这些方法在制备过程中对材料结构和形貌的控制，以及对电化学性能的影响将被深入分析。
本文将通过实验数据，评估所制备的复合电极材料在超级电容器中的实际应用性能，包括比电容、能量密度、循环稳定性等关键指标。
通过这些研究，本文旨在为超级电容器复合电极材料的发展提供新的视角和技术路径，推动能源存储技术的进步。
2. 文献综述超级电容器，也称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的能量存储设备。
它们的主要特点是具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力。
超级电容器的储能机制主要是双电层电容，涉及电极材料与电解质之间的电荷分离。
这一领域的研究起始于20世纪50年代，随着材料科学和电化学技术的进步，超级电容器在能量存储领域的重要性日益凸显。
超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料的性质。
近年来，研究者们广泛关注复合电极材料，因其能够结合不同材料的优点，从而提高超级电容器的整体性能。
常见的复合电极材料包括碳基材料、金属氧化物、导电聚合物等。
这些材料通过不同的复合策略（如物理混合、化学接枝、层层自组装等）进行组合，旨在提高比电容、能量密度和循环稳定性。
电化学性能是评估超级电容器电极材料的关键指标。
MnO_2作为超级电容器电极材料的研究进展
第卷第期年月MnO 2作为超级电容器电极材料的研究进展于文强，易清风（湖南科技大学化学化工学院，湖南湘潭411201）摘要：主要介绍了目前国内外研究MnO 2作为电化学超级电容器电极材料的最新进展和几个主要研究动向；并简要介绍了研究电化学超级电容器的几种主要的表征手段。
关键词：超级电容器；MnO 2；电极材料；表征中图分类号：TM912.9文献标志码：A文章编号：1008-7923（2009）04-0285-04Research progress on manganese dioxide for electrodematerial of supercapacitorYU Weng-qiang,YI Qing-feng(College of Chemistry and Chemical Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201,China )Abstract:The latest progress and research field about the electrochemical supercapacitor materials at home and abroad were introduced in this paper.And the characterization methods in the research were also briefly discussed.Key words:electrochemical supercapacitor;manganese dioxide;electrode material;characterization methods收稿日期：2009-03-19基金项目：国家自然科学基金项目(20876038)和湖南科技大学研究生创新基金项目(S080109)作者简介：于文强（1983-），男，山东省人，硕士生。
层状双金属氢氧化物超级电容器电极材料的制备和电化学性能研究
层状双金属氢氧化物超级电容器电极材料的制备和电化学性能研究层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是一种理想的超级电容器电极材料,这是因为其大的理论比表面积可以提供一定的双电层电容,同时其片层上的过渡金属元素可以作为电化学反应的活性位点,提供较大的赝电容。
但是,由于LDH片层之间氢氧键的作用,导致LDH材料经常会发生团聚,而且LDH的导电性较差,这些都会影响它的电化学储能性能。
针对LDH的团聚问题,本文基于微/纳结构设计的思路,构筑由LDH纳米片构成的空心微米球,获得了具有大比表面积的电极材料结构,暴露更多可以与电解质接触的活性面积,从而充分利用其高的赝电容。
针对LDH导电性较差的问题,本文通过将LDH与导电性能较好的掺氮还原氧化石墨烯复合,构筑分级（Hierarchical）纳米复合材料,既能够增加复合材料的导电性,也能够一定程度上抑制LDH的团聚,达到协同提升其电化学性能的目的。
本论文主要内容如下:1.结合溶胶-凝胶法和相分离,以聚氧化乙烯（Polyethylene oxide,PEO）作为软模板,制备得到了尺寸均匀的A1203空心微米球。
然后以此空心微米球作为硬模板,通过微波辅助水热法,制备得到了NiAl-LDH空心微米球。
详细探究了水热温度和反应物比例对最终产物形貌的影响,获得了产物形貌及其电化学性能之间的关联关系,并确定了最佳的反应温度和反应物比例。
该LDH空心微米球成功保留了A1203模板的高比表面积和适当的孔径等优点,具有高的比电容（lAg<sub>1</sub>时达到了 1578 Fg-1）和优异的循环稳定性（20 A g-1下循环10000次后比电容保留率为93.75%）。
此外,基于此LDH空心微米球作为正极组装的非对称超级电容器可以实现20 Wh kg-1的高能量密度。
2.以三聚氰胺作为氮源,通过简单的加热处理,成功实现了对石墨烯的氮掺杂。
超级电容器及其电极材料的研究
第5期2018年10月No.5 October，2018随着人类对友好型社会的美好向往，大家逐渐开始重视可再生能源，然而可再生能源不适合电能输送，因其不稳定、不连续性会影响输电质量。
因此我们需要开发良好的储能装置。
超级电容器凭借它具有的诸多良好性质而被关注。
不同电极材料影响着超级电容器的性能，因此我们应注重电极材料的研究。
超级电容器是介于电池和传统电容器之间通过极化电解质储能的电源[1]。
其充电速度快、放电能力超强、循环使用时间长，而且其功率密度极高。
目前研究的主要有法拉第准电容（赝电容）和双电层电容器两种类型。
1 赝电容赝电容是电活性物质处于潜在沉积下，在电极上发生可逆的化学吸附、解吸或氧化还原反应，产生电极的充电电位[2]。
赝电容的电极材料有以下几种。
1.1 金属氧化物氧化钌材料的比电容较大、导电性能极好，但其价格较为昂贵，并不能广泛应用；氧化锰价格低廉、对环境友好、性能良好，价态较多容易获得且价格低廉，因此被广泛使用；氧化镍导电性能好、易获取、制备简单，也很有发展前景。
1.2 复合金属氧化物钼酸盐因其催化和电化学性能的优异性而被研究作为电极材料，有实验小组研究了COMOO 4/MnMOO 4异质结构纳米材料的超电容性，结果发现，COMOO 4纳米棒活性电极电化学性能优异；有文献报道了用NiCO 2O 4作为赝电容的电极材料，其常用的制备方法有水热法（溶剂热法）、微波辅助法、模板法、电沉积法、共沉淀法等；据报道，CuCO 2S 4成功用熔剂法合成，结果显示制得的花瓣状的CuCO 2S 4材料具有较高的比电容、充放电速率很优良、循环性也很稳定，因其特殊的3D 结构，导电率较高、比表面积较大而体现出优异的赝电容性能。
1.3 导电聚合物导电聚合物是利用掺杂原理使材料电导率处于半导体和导体范围间，其主链上含有交替的单键与双键，形成共轭大π体系，因π电子流动而能导电[3]。
其可使用的温度范围宽、其寿命长。
硅基超级电容器电极材料的制备及性能研究
硅基超级电容器电极材料的制备及性能研究近年来，随着人们对电能的需求不断增加，以及环保意识的不断提高，新型电池技术的研究越来越受到关注。
其中，硅基超级电容器电极材料的制备及性能研究备受瞩目。
这种新型电池能够在高频率和高温环境下工作，是传统电化学电容器和电化学电池的结合体，具有能量密度高、充放电速率快、循环寿命长等优点，被广泛应用于电子、汽车、航空航天和军事等领域。
本文将对硅基超级电容器电极材料的制备及性能研究进行探讨。
一、硅基超级电容器电极材料的制备当前，硅基超级电容器电极材料常采用化学还原法、水热法、溶胶-凝胶法等方法来制备。
其中，化学还原法是一种简单、易于操作的方法，可以通过还原剂的还原作用将金属盐还原为相应的金属。
水热法则是将前驱物在高温高压的水溶液体系中形成晶体，随后干燥或热解制得纳米粉末。
溶胶-凝胶法则是将前驱物在溶液中形成胶体，将胶体凝结成凝胶并热解制得纳米粉末。
此外，还可以通过球磨、喷雾干燥、阳极氧化和化学气相沉积等方法来制备硅基超级电容器电极材料。
在不同制备方法中，其所得到的材料的物理化学性质也有所不同，因此需根据具体需求选择不同的制备方法。
二、硅基超级电容器电极材料的性能研究硅基超级电容器电极材料的性能主要包括比电容、功率密度和循环寿命等方面。
比电容是指电容器储能量的大小，通常以F/g或F/cm²来表示。
功率密度是指电容器放电时所释放出的能量，以及其充电时所需的时间。
循环寿命则是指电容器循环充放电的次数，通常通过循环伏安法测试。
目前，硅基超级电容器电极材料的性能研究主要有两个方向：一是提高其比电容和功率密度；二是提高其循环寿命。
前者主要通过改变电极材料的形态、尺寸、表面性质等方式实现，而后者则主要通过改变电介质材料、电极材料和电解液等方式实现。
近年来，研究人员通过对碳纳米管、石墨烯、氧化物等材料的改性，成功提高了硅基超级电容器电极材料的比电容和功率密度，同时也进一步改善了其循环寿命。
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超级电容器电极材料的研究进展*袁 磊,王朝阳,付志兵,张厚琼,唐永建(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳621900)摘要 超级电容器作为一种新型、高效的储能元件,受到研究人员的广泛关注。主要综述了应用于超级电容器的活性碳、金属氧化物、导电聚合物复合材料等电极材料的研究进展以及现状,并探讨了电极材料的发展方向和研究重点。关键词 超级电容器 活性碳电极材料 金属氧化物 导电聚合物
ResearchProgressinElectrodeMaterialsforSupercapacitorYUANLei,WANGChaoyang,FUZhibing,ZHANGHouqiong,TANGYongjian(LaserFusionResearchCenter,ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900)Abstract Asanewandhigheffectenergystoringdevice,supercapacitorattractedmuchattentionfromre-searchers.Researchprogressandpresentstatusaresummarizedsuchasactivatedcarbon,meta-loxideandconductingpolymer.Intheend,thedevelopmentdirectionandresearchemphasesarediscussed.Keywords supercapacitor,activatedcarbonelectrodematerials,meta-loxide,conductingpolymer
*中国工程物理研究院科学技术发展基金(2009A0302020) 袁磊:女,1981年生,博士研究生,从事储氢材料与新型聚变材料研究 E-mail:yuanlei0211@163.com 唐永建:通讯作者,研究员,博士生导师
随着社会经济的发展,人们对绿色能源和生态环境越来越关注。超级电容器(Supercapacitor)又称电化学电容器,是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。与传统蓄电池相比,超级电容器具有较高的能量密度、功率密度和长循环寿命等,作为一种清洁、高效的新型储能器件,受到越来越多研究人员的关注,在电动汽车、移动通讯、国防科技等领域具有广阔的应用和发展前景[1,2]。超级电容器技术的发展核心是电极材料。按照超级电容器研究领域的国际权威B.E.Conway教授对超级电容器的定义,可以将其分为两类:一类是双电层电容器(Electricdoublelayercapacitor,EDLC);另一类是赝电容器(Pseudocapacitance)。前者电极材料主要为高比表面积碳材料,以电极和电解液内界面形成双电层存储能量,理想情况下电极接触面上没有发生电子转移,并且电荷和能量的存储都是静电学过程;后者电极材料为过渡金属氧化物和导电聚合物,以活性物质表面及体相所发生的快速可逆的氧化还原反应形式储存能量[3],其能量的存储是间接的,并且与电池中的能量存储相似。本文主要对目前应用于超级电容器的电极材料:碳材料、导电聚合物复合材料以及贵金属氧化物或水合氧化物及其复合材料等进行论述。1 碳基双电层电容器双电层电容器是超级电容器的主要技术发展领域之一,其电极材料主要集中在多孔碳、活性碳、活性碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管以及介孔碳等方面。对于双电层形式碳电化学电容器,要求必须具有高的比表面积;对于多孔碳材料,要求粒子之间具有良好的电导性,能与电解液充分接触,且具有粉末性和纤维性等,对改善其电容性和电导性有较好作用。活性碳是一种优良的吸附剂,工业生产和应用历史悠久,同时,它也是双电层电容器最早采用的电极材料,原料来源丰富,石油、煤、木材、果壳等都可用来制备活性碳粉。原料经调制后可直接进行碳化、活化。活化主要有物理活化(CO2、H2O蒸气为活化剂)和化学活化(ZnCl2、H3PO4、KOH等为活化剂)2种,即通过不同的活化工艺来调节活性碳的理化性能,以适合双电层电容器的需要。AlarJanes等[4]利用水蒸气对商用纳米多孔碳RP-20在950~1050e内进行活化,在1050e活化时的比表面积达到2240m2/g;扫描速率小于10mV/s时在(C2H5)3CH3NBF4和乙腈混合电解液中的单电极比电容为240F/g。两电极体系(约3.2V)能在很宽的区域内达到一个理想的极化率。电化学性能测试表明此材料在非水电解液中具有较高的能量密度和功率密度。T.C.Weng等[5]以煤焦油沥青经过热处理制得的中间相沥青为原料,KOH为活化剂,制得了比表面积达2860m2/g的活性碳,在1mol/LH2SO4溶液中其比电容仅为130F/g。导致活性碳材料在电化学性能方面差异的原因与原料和制备工艺的细微区别有关,尚需进行更加深入细致的研究,以满足国内对双电层电容器的迫切需要。从双电层电容器的储能原理来看,碳纳米管应是一种理想的电极材料。它是由单层或多层石墨卷曲而成的中空纳米管状材料,结晶度高、导电性好、比表面积大、孔径分布集
#11#超级电容器电极材料的研究进展/袁 磊等中在一定范围内(且孔径可控)、具有良好的频率响应特性,在较高频率下可充分释放其存储的能量。E.Frackowiak等[6]以钴盐为催化剂,二氧化硅为模板催化裂解乙炔制得多壁碳纳米管。尽管其比表面积只有400m2/g,但其双电层电容比容量达135F/g,最富特色的是在高达50Hz的工作频率下,其比容量下降较小,这在碳基双电层电容器中较有特色。由于碳纳米管的比表面积相对较低,导致其比容量不高,因此需采用其它手段来提高其比容量。TarikBordjiba等[7]合成了碳气凝胶-多壁碳纳米管复合材料,使碳纳米管比表面积由370m2/g提高至710m2/g,平均孔径为4nm,在5mol/LKOH电解液中测得其比电容达到218F/g。HuiPan等[8]以氧化铝为模板制备了管-中-管的多壁碳纳米管,其外径为50nm,内径为3~10nm,在0.5mol/L的H2SO4电解液中进行电化学性能测试,平均电容为203F/g,比电容为315F/g,兼有双电层电容和赝电容特性。比表面积测试表明高的比电容可通过改变孔尺寸、调节孔径分布和导电化碳材料来实现。虽然关于碳纳米管在电化学电容器中的应用研究一直很活跃,但由于其制备工艺不够成熟,价格昂贵,在电容器中的实际应用还有很长距离。碳气凝胶是一种新型的纳米多孔材料,具有很高的比表面积,密度变化范围广,孔隙结构可调且在一个很宽的温度范围内具有很高且稳定的电导率等特点,使其在双电层电容器方面有着广阔的应用前景。碳气凝胶一般采用间苯二酚和甲醛为原料,在碳酸钠为催化剂的作用下发生缩聚反应,形成间苯二酚-甲醛凝胶,再通过超临界干燥和碳化得到具有网络结构的碳泡沫材料。JunLi等[9]以间苯二酚-甲醛为前驱体,采用常压干燥技术成功地合成了碳气凝胶,并对其制备参数进行了研究,结果表明,在R/C为1500时,其在6mol/LKOH电解液中比电容大约为183.6F/g,高于R/C为1000和500,且具有低电阻(0.38)、小的漏电流(0.17mA)和稳定的电化学性能,良好的可逆性以及长的循环寿命。碳气凝胶虽然性能优良,但漫长的制备时间,昂贵而复杂的超临界干燥设备制约了它的商品化进程。有序介孔碳材料(OMC)以其高比表面积、窄孔径分布、化学惰性、高机械强度和高导电性等特点在储能器件方面有着广泛的应用。为了更好地发挥有序介孔材料在电容器等领域的优异性能,对有序介孔碳进行改性修饰、复合化和多功能化处理,制备成各种复合材料,如OMC/MnO2、OMC/B和OMC/聚苯胺等,已成为人们研究的热点内容之一。Da-WeiWang等[10]采用共渗透法制备的硼掺杂介孔碳,低位硼掺杂时对碳表面化学吸附的氧有催化效应,并改变了介孔碳空间电荷层的电子结构。电化学性能测试表明,掺杂硼的介孔碳,其内界面电容是未掺杂介孔碳电极的1.5~1.6倍。此研究对制备新型碳超级电容器电极具有重要意义。Ka-ishengXia等[11]通过CO2活化有序介孔碳材料制备出不同孔结构的材料,研究了CO2活化对比电容的影响。结果表明,CO2活化的介孔材料具有不同层次的孔结构,有效地提高了介孔材料的比表面积和微孔介孔在有序结构中的总孔体积。电化学测试表明,CO2在950e活化6h的二维介孔材料在6mol/LKOH电解液中的比电容高达223F/g,体电容为54F/cm3。此优良的电化学性能来源于其具有层次孔结构和平衡的微孔、介孔率,丰富的微孔和内部相互连通的介孔(3~4nm),高比表面积(2749m2/g)和大孔体积(2.09cm3/g)。目前,碳电极材料的研究核心是提高能量密度,主要研究途径为提高碳材料的比表面积、优化碳材料的孔结构以及通过表面沉积或化学修饰等方法来制备碳基复合材料。
2 金属氧化物电极材料金属氧化物电极由于其氧化和还原反应在化学和结构上是可逆的,具有良好的电子电导性,以及在水合氧化物晶格结构中较易进行电子和质子跃迁,从而引起质子嵌入和抽出,因此它能导致赝电容的可逆过程且能使该电极反应深入到电极内部,将能量存储于三位空间中,提高能量密度。目前金属氧化物基电容器研究最为成功的主要是氧化钌/H2SO4水溶液体系。RuO2电极材料可形成极高的比容量,具有良好的导电性,在溶液中稳定,是一种性能优异的电极材料。Bong-OKPark等[12]采用阴极电沉积技术在钛基底上制备了不同厚度的氧化钌薄膜,在0.5mol/LH2SO4电解液中测试表明,电极比电容和充放电时间随薄膜厚度的改变而改变,当电极厚度为0.0014g/cm2时比电容最大为788F/g,循环寿命、充放电性能良好。但钌属于贵金属,且RuO2的孔隙率较低,不利于商业化,因此,一些研究者对氧化钌基电极进行了改性。Liu等[13]用KOH活化处理RuO2颗粒,使其层状化,以达到利用RuO2层间隙的目的来提高RuO2的容量,减少钌化合物Ru的用量。氧化钌基赝电容具有较高的比容量,但其价格高昂和对环境的毒性限制了它的大规模商品化,所以只能应用于军事和航空航天领域。不少研究者正积极寻找用廉价的过渡金属氧化物及其它化合物材料来替代氧化钌。研究较多的是二氧化锰、氧化镍、氢氧化镍等。二氧化锰因其价格低廉、储量丰富、环境友好和电化学性能良好,在超级电容器中的研究近年来也备受关注。氧化锰用作超级电容器的电极材料是近年来才发展起来的,其在中性电解液中表现出良好的电容特性,且电位窗口较宽,被认为是极具发展潜力的一种电极材料。P.Staiti等[14]采用高锰酸钾和二价锰盐共沉淀的方法制备了一系列二氧化锰。通过不同温度的处理研究了热处理对其电容性能的影响,测试发现,在200e热处理的材料,其电容性能最好,最高比电容为267F/g。Mao-WenXu等[15]以超分子为模板,采用高锰酸钾热分解法制备了无定形二氧化锰。超分子模板有利于高表面积和介孔的形成。在2mol/LKOH电解液中测试表明,200e煅烧的二氧化锰,其比电容达到298.7F/g,且循环500次后电容仍很稳定。此结果表明二氧化锰作为超级电容器电极材料有着广阔的应用前景。氢氧化镍和氧化镍材料也是具有发展潜力的超级电容器电极材料。U.M.Patil等[16,17]采用化学沉积法在导电玻璃上制备出B-Ni(OH)2薄膜,其具有大孔和内部相互连通的蜂窝状结构,在2mol/LKOH电解液中的比电容为398F/g,