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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，金属氧化物及其水合物电极材料，导电聚合物电极材料，以及混合超级电容器。电解质需要具有很高的导电性和足够的电化学稳定性，以便超级电容器可以在尽可能高的电压下工作。现有的电解质材料主要由固体电解质、有机物电解质和水溶液电解质。 2. 电极材料 2.1 碳（炭）材料 碳（炭）电极材料比表面极大，原料低廉，有利于实现工业化大生产，但是比容量相对比较低，要提高材料的比表面积来相应提高其比容量。目前，主要研究的是具有高比表面积和内阻较小的多孔碳材料、（活化）碳纳米管以及对碳基材料进行改性的含碳的复合材料等（例如活性炭炭黑等复合材料）[5]。 2.1.1 纯碳（炭）材料 在种类繁多的碳（炭）材料中，常用的有活性炭粉末、活性炭纤维、炭黑、纳米碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶、玻璃碳、网络结构碳和某些有机物的炭化产物等。而当前研究前景较好的是碳纳米管和碳气凝胶。 碳纳米管具有类似石墨的化学键，结晶度高，导电性好，呈准一维电子结构，所以有大量离域电子可沿管壁朝一个方向移动，因而能携带高电流。碳纳米管的另一个重要特点是具有独特的中空管腔结构(孔径多在2~50nm),呈交织网状分布，且微孔大小可通过合成工艺加以控制。由于碳纳米管具有大的比表面积，合适的孔结构和高导电性，被认为是超级电容器的理想电极材料[6]。 碳纳米管的成本普遍较高。以CH4和La2NiO4为原料，用蒸气沉积法制得普通碳纳米管(CNT)，用KOH溶液活化得到活性CNT，用于超级电容器，活性CNT的电容是普通CNT的2倍，