國內(nèi)外超級(jí)電容器的研究發(fā)展現(xiàn)狀_周曉航

1、frontier國內(nèi)外超級(jí)電容器的研究發(fā)展現(xiàn)狀以/周曉航?彷?像昆?摩?微?1.北京納盛通（nst）新材料科技有限公司?2.北京熱塑性復(fù)合材料工程技術(shù)研究所新材料產(chǎn)業(yè)？no.03 201561超級(jí)電容器與新能源產(chǎn)業(yè)密切 相關(guān)，它可以應(yīng)用于各個(gè)不同的領(lǐng)域， 如電動(dòng)汽車等產(chǎn)業(yè)，并帶動(dòng)下游產(chǎn)業(yè)發(fā) 展，近年來許多研究者都很有興趣。本 文介紹了超級(jí)電容的背景，從理論上解 釋了超級(jí)電容器的電化學(xué)工作原理， 并 從工作原理上劃分了幾類超級(jí)電容器 電極材料，最后從電容器設(shè)計(jì)的角度介 紹了國內(nèi)外的研究進(jìn)展。一、超級(jí)電容器的研發(fā)背景第一次工業(yè)革命以來， 人口不斷 增長，全世界現(xiàn)代化自動(dòng)化程度不斷 地進(jìn)步和革新，能

2、源的需求量也越來 越大。然而，傳統(tǒng)的化石能源有不斷消 耗殆盡的趨勢(shì)。再加上數(shù)十年大量化 石能源的消耗給地球環(huán)境帶來了巨大 影響。例如，溫室氣體導(dǎo)致全球變暖和 它所引發(fā)的一系列環(huán)境問題，大量能源開采對(duì)地質(zhì)環(huán)境改變?cè)斐傻闹T多問 題，燃燒化石能源產(chǎn)生的粉塵導(dǎo)致了 空氣惡化。有數(shù)據(jù)顯示近幾年人類癌 癥病發(fā)率顯著增加，可以斷定是環(huán)境 因素所引發(fā)。因此，尋找新的可再生替 代能源是維持人類可持續(xù)發(fā)展的唯一 途徑，也成為了本世紀(jì)眾多科學(xué)家研究的重點(diǎn)課題?？稍偕茉慈顼L(fēng)能、潮汐能、太陽 能、生物質(zhì)能等，儲(chǔ)能技術(shù)將可以有效 地將這些可再生能源轉(zhuǎn)化為可穩(wěn)定輸 出的能源，來匹配人類對(duì)能源的需求。 超級(jí)電容器，也被稱為

3、電化學(xué)電容器， 提供了一個(gè)電能儲(chǔ)存和傳遞的模型， 和電池一樣是電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的一 種。目前超級(jí)電容器已在很多小型電 子設(shè)備中應(yīng)用。它如果與鋰離子電池 結(jié)合應(yīng)用在電動(dòng)車中，可以大大提高 現(xiàn)有電動(dòng)車性能，如更快的啟動(dòng)和爬 坡速度、充電更快、電池壽命更長等。第一臺(tái)超級(jí)電容器在1957年被公開，它利用典型的多孔碳作為電極 活性材料。隨后一種叫做電動(dòng)電容 器出現(xiàn)，它利用多孔碳在無水電解液 中使用，可被充電到3m需要注意的 是，這個(gè)裝置的操作原理并非電動(dòng)力 學(xué)，電動(dòng)電容器是一個(gè)錯(cuò)誤的命名。在1971年，研究人員認(rèn)識(shí)到氧化釘?shù)碾?化學(xué)特性類似電容器1。針對(duì)氧化釘?shù)?這一特性，在1975-198件之間,康偉

4、（conway和他的合作者進(jìn)行了大量基礎(chǔ)工作研究，歸納出這種電容特性 是以氧化釘表面氧化還原震電容的形式表現(xiàn)出來的電化學(xué)特性。 如今，超級(jí) 電容器研究是一個(gè)熱點(diǎn)課題，電容器的電極材料合成以及電容器的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)優(yōu)化的論文、專著層出不窮，其應(yīng)用 性研究也不斷增加2。二、超級(jí)電容器的電化學(xué)原理一個(gè)電極和其電解液界面的電行為類似于一個(gè)電容器。 發(fā)生在電極 電解液界面的靜電作用力導(dǎo)致產(chǎn)生 了人們常說的雙電層電容。有別于一 個(gè)真正的電容器，這個(gè)電容是依賴于 通過它的電壓?；陔p電層電容的電 容器有非常長的充放電循環(huán)壽命，因?yàn)楫?dāng)充放電時(shí)只有靜電荷儲(chǔ)存和轉(zhuǎn) 移發(fā)生，并沒有不可逆的反應(yīng)或化學(xué) 相變發(fā)生。這也是為

5、什么雙電層超級(jí) 電容器的循環(huán)充放電壽命大大地優(yōu) 于一般可充電池3。震電容是電吸附過程伴隨氧化 還原反應(yīng)引發(fā)的電容。這個(gè)法拉第電 荷與提供的電壓是線性的關(guān)系，因此這個(gè)電極的電化學(xué)行為等同于一個(gè) 電容器。這個(gè)電容是法拉第 （感應(yīng)電 流）引發(fā)而非靜電引發(fā)， 不同于雙電 層電容，所以被叫做震電容。rontier典型的震電容活性材料包括過渡 金屬氧化物4和導(dǎo)電聚合物5,都是半 導(dǎo)體氧化還原材料。 當(dāng)一個(gè)氧化還原 反應(yīng)的產(chǎn)物和反應(yīng)物被吸附在電極表 面時(shí)，表面膜可以被充放電且沒有膜 上電活性組分的解吸。圖i展示了一 個(gè)理想鷹電容電容器的電流電位圖。 它復(fù)制了雙電容行為的電流電位圖的 形狀。很明顯，這個(gè)圖跟很

6、多可逆氧化 還原過程的電流電位圖相比有明顯區(qū) 別，雖然都是法拉第的過程。原因就是 價(jià)電子的局域化和解局域化效應(yīng)?；谀軒Ю碚?，當(dāng)具有大的原子 間距，電子能態(tài)作為絕緣分子和絕緣 體存在時(shí)，填充和空穴態(tài)的能級(jí)是單 一的。一些化學(xué)修飾電極就是這種情 況，在電極上電子轉(zhuǎn)移過程發(fā)生在非 常好的分離的氧化還原活性部位，他們之間沒有交互。換句話說，這些氧化 還原活性部位是局部的，在能態(tài)上相 等或十分接近，所以在這些電位下可 接受或捐贈(zèng)的電子是非常接近彼此 的，在電流電位圖中就展示出一個(gè)明 顯地氧化還原峰。相反地，對(duì)于震電容 材料，在電極表面層，這些氧化還原活 性部位位置接近且有交互，表現(xiàn)出一個(gè)很寬的能態(tài)形式

7、。這種情況也就是 包括大多數(shù)過渡金屬氧化物和具有共 羯化學(xué)鍵導(dǎo)電聚合物的半導(dǎo)體材料在 氧化還原時(shí)的能態(tài)情況。因此震電容 材料在工作電位范圍的電位電流圖應(yīng) 該是長方形的，并非在很多文獻(xiàn)中描 述得有明顯氧化還原峰的波段式圖 形。三、超級(jí)電容器的電極活性材料根據(jù)上述描述的超級(jí)電容器原理， 超級(jí)電容器的電極材料可以分類為雙 電層電容材料、震電容材料以及結(jié)合震 電容和雙層電容的復(fù)合或功能化材料。2.0a m / 流 電1.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5-2.00.01.02.03.04.05.0圖1典型的鷹電容電子傳遞的電流電位圖圖2展示了超級(jí)電容器電極材料，包括各種形式碳材料、過渡金屬氧

8、化物7、導(dǎo) 電聚合物和復(fù)合材料的發(fā)展和分類的 總結(jié)。碳材料（活性炭、碳納米管以及現(xiàn) 在提出石墨烯等）是主要的雙電層電容 器材料。震電容材料包括典型的過渡金 屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。碳復(fù)合材料常 常是組合了雙電層電容和震電容2#電 化學(xué)行為的材料。1 .碳材料對(duì)于雙電層電容器材料的基本 要求是高比表面積、有序合理的空隙 分布和小的內(nèi)電阻。理論上，高比表面 積的材料應(yīng)該有高比電容咒但是實(shí)際上，以活性炭材料為例，有較小比表面的一些活性炭材料展示出較大的 比電容（表1）,原因是孔隙尺寸和分 布對(duì)電容有著很大影響。 有大量微孔 的介孔碳材料（孔隙直徑在250n m 之間）往往有更大的比電容，因?yàn)椴糠?離子

9、去溶劑化發(fā)生使離子進(jìn)入小孔 隙（小于2nn）。研究發(fā)現(xiàn)孔隙分別在電位/v0.7nm 0.8nm0寸在水和有機(jī)相電解 液中的電容最大。雙電層電容大小也 與材料與溶劑的可濕潤性，電解質(zhì)中溶質(zhì)離子的尺寸等因素有關(guān)。所以針對(duì)不同材料對(duì)電解液的選擇至關(guān)重 要。如果碳材料適當(dāng)?shù)毓δ芑?，它將同時(shí)具有震電容和雙電層電容，并提高材料的可濕潤性，提高比電容。在水相 電解液中，碳材料的析氫過電位十分 高。所以，為了擴(kuò)寬水相不對(duì)稱電容器 的工作電壓，碳材料常常作為負(fù)極材 料，例如與導(dǎo)電聚合物結(jié)合使用。碳納米管或石墨烯也被漸漸應(yīng)用到超級(jí)電容器電容材料中11,12。它們都具有良好的電化學(xué)性能、抗拉伸的機(jī)械性能和容易與其他

10、活性材料合 成的結(jié)構(gòu)；而且都屬于碳材料所以與 活性炭一樣，都有更寬的負(fù)極工作電 位范圍，本身就可以作為良好穩(wěn)定的 負(fù)極材料。碳納米管經(jīng)過酸處理等方 法可以使得表面結(jié)合官能團(tuán)，讓它有震電容的電化學(xué)表現(xiàn)，比電容可以達(dá)3 advanced materials industryfrontier碳纖維 (carbonfibres )碳?xì)饽齤 (carbo aeroge狡n (s)活性炭activated carbons)n贊納米管,carbon川notubes)線屬氧化物3 etal oxides)po工聚合物 各幣iducting lymers mate碳材料和金屬化合物各種(various carb

11、on(varirials & metal oxide )& sc(整材料和導(dǎo)電聚合物 ous carbon materialonducting polymers)圖2超級(jí)電容器材料的分類8碳比電容/（f/g ）比表面積/ （f/cm 2）bet/ (m 2/g)孔隙體積/ （ml/?？紫洞笮? （a活性炭材料m-1055.950.04113700.5009.12活性炭材料m-1457.200.004712230.5619.60活性炭材料m-15a78.100.04318000.6299.17活性炭材料m-15b55.800.03416240.5639.37活性炭材料m-15c63.340.04

12、215180.6009.79活性炭材料m-20100.00.04621300.70914.73活性炭材料m-3062.90.02425711.23014.95活性炭材料a-1035.30.03111500.424-活性炭材料a-2041.200.02020120.90214.23活性炭材料sacf-2048.80.02718390.6999.74活性炭材料sacf-2527.90.01123710.97711.93表1 一些活性炭材料的比電容、比表面積、孔隙體積和平均孔隙尺寸的比較到50f/ g13。石墨烯在制備過程中可 以結(jié)合官能團(tuán)（如果采用氧化還原法 等），這些官能團(tuán)可以使石墨烯具有一 定

13、的震電容并容易分散在溶液中。這樣以來石墨烯就更容易與其他有震電 容活性的材料合成得到石墨烯復(fù)合材 料。例如二氧化鎰（m no2）14,15、氧化 鉆（c oo 16、氧化鋅（z n。17或二氧 化釘（r uo2）石墨烯復(fù)合物18,它作為 電容器電極活性材料不但有較高的比電 容也可以得到可彎曲機(jī)械性能更好的電 極膜。石墨烯與導(dǎo)電聚合物復(fù)合同樣可以 增加電極的機(jī)械性能和導(dǎo)電率等19-21。碳材料的比電容被他的比表面 積、孔隙分布和孔隙利用率所限制。 另外，碳材料一般為松散和堅(jiān)硬的顆 粒形態(tài)，必須加入無電容性的粘合劑 用于使碳顆粒成膜。這就減小了電極 的電導(dǎo)率和體積及質(zhì)量比電容?，F(xiàn)在，大量研究著眼于

14、氧化還原震電容材料和改性碳材料上，希望可以提高 電容容量。2 .金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物上文提到，氧化釘?shù)碾娀瘜W(xué)行為 具有電容表現(xiàn)，它是第一個(gè)金屬氧化 物用于電容器的電極材料，是典型的 鷹電容材料。一些其他金屬氧化物與 它的電化學(xué)表現(xiàn)相似， 但是卻有較小 的工作電位范圍。氧化釘有很好的氧 化還原循環(huán)穩(wěn)定性，有數(shù)十萬的充放 新材料產(chǎn)業(yè)？no.03 201563rontier電循環(huán)壽命。它的比電容比雙電層電 容增加了 一個(gè)數(shù)量級(jí)。但是它具有毒 性且價(jià)錢昂貴，所以目前只應(yīng)用于軍 工產(chǎn)業(yè)。另外一種典型的震電容材料是 導(dǎo)電聚合物，例如聚苯胺（pani）、聚 叱咯（p py）和聚3,4-乙烯二氧曝吩 （p

15、edot）。經(jīng)過化學(xué)摻雜，這些材料 具有高導(dǎo)電性和大震電容。因?yàn)樵诰酆衔镦溕系臒o共羯鍵可以發(fā)生快速和 可逆的氧化還原反應(yīng) 22。p a n i、p py 和p e doti報(bào)道的比電容可以達(dá)到 775f/g 23、480f/g 24和 210f/g 25。這 些材料廉價(jià)且具有高比電容但是不穩(wěn) 定，只有幾千次的循環(huán)充放電壽命。從 圖3中可以看出，與碳材料相比金屬氧 化物和導(dǎo)電聚合物有更高的比電容。氧化釘可以到達(dá)接近 800f/g,遠(yuǎn)優(yōu)于 其他材料，但是前面提到過其高昂的 價(jià)格和毒性限制了其應(yīng)用。pan是最 有希望被商業(yè)化的鷹電容材料， 因?yàn)?其相對(duì)較高的比電容和低廉的價(jià)格。但pan的電位窗口比較

16、窄， 而且要合 成高比電容的p a n i對(duì)合成方法有一 定要求。因此，pa n i常常作為正極材 料與其他負(fù)極材料如碳組合使用。一些聚合物或金屬氧化物與另外一種導(dǎo) 電聚合物材料的復(fù)合材料可能可以接 近pan的比電容。3 .碳基底復(fù)合材料基于上述材料的種種電化學(xué)缺 陷和限制，第玳超級(jí)電容電極材料、 復(fù)合材料被提出。利用碳材料的高機(jī) 械強(qiáng)度和相對(duì)較高的比表面積以及 更高的導(dǎo)電性，結(jié)合震電容材料的高 比電容，這種材料可以保證高循環(huán)充 放電穩(wěn)定性的同時(shí)提高比電容26 o現(xiàn)在，大部分的電極材料研究都是合成 這種以碳材料為基底的二元或三元 復(fù)合材料8,26-29。100080060040020003,4

17、-乙撐二氧曝吩單體一氧化釘（pedot-ruox聚叱咯-三氧化二鐵（ppy-fe 2。3）（。3,4-乙撐二氧曝吩單體/聚叱咯 （pedot/ppy（。聚叱咯-奈米碳管（ppy-ntruo 3(sol-gel)聚苯胺聚i 8聚叱暗功能化碳聚曝吸衍生物活年炭聚3,4乙烯二氧曝吩碳 導(dǎo)電聚合物 導(dǎo)電聚合物復(fù)合物 金屬氧化物 二氧化釘圖3不同電容器材料的比電容值四、超級(jí)電容器的制造和設(shè)計(jì)超級(jí)電容器的研究及其產(chǎn)業(yè)化受 到各國重視。美國maxwell、日本松下 和n ech些公司憑借多年的研究開 發(fā)和技術(shù)積累，目前占據(jù)著全球大部 分市場(chǎng)，處于領(lǐng)先地位。尤其超級(jí)電容 器生產(chǎn)線的工藝水平是其他國家目前 很難

18、超越得。目前超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)也逐漸受到 研究者和企業(yè)家的重視，從事大容量 超級(jí)電容器研發(fā)的廠家已經(jīng)達(dá)到50多家，然而，能夠批量生產(chǎn)并達(dá)到實(shí) 用化水平的廠家卻只有1夠家。我國在生產(chǎn)制造工藝方面的技術(shù)還需要 提高，經(jīng)常出現(xiàn)電解液滲出，超級(jí)電容器一致性差等問題。在電容器設(shè)計(jì) 的技術(shù)上，國內(nèi)廠商大多生產(chǎn)液體雙 電層電容器也就是以碳材料為主的電 容器，主要企業(yè)有錦州富辰超級(jí)電容 器有限責(zé)任公司（以下簡稱“錦州富 辰”）、北京集星聯(lián)合電子科技有限公 司、上海奧威科技開發(fā)有限公司、北京 合眾匯能科技有限公司（以下簡稱“北 京合眾匯能”）等十多家。其中，錦州富二氧化鎰ruo3(cb)(mno 2)氧化鑲(nio

19、)ruo3(cxg)mno 2mno 2二氧化錫/四氧化三鐵(sno 2/fe 3o4)辰是國內(nèi)最大的超級(jí)電容器專業(yè)生產(chǎn) 廠，主要生產(chǎn)的超級(jí)電容器以紐扣型 和卷繞型為主。據(jù)稱，北京合眾匯能 是國內(nèi)擁有核心技術(shù)的企業(yè)。目前國產(chǎn)超級(jí)電容器已占有中國市場(chǎng)60險(xiǎn)70%勺份額。由于有更大工作電壓、 功率以及 能量密度的需求，制作電容器堆也就 是串聯(lián)并聯(lián)多個(gè)電容器單體是必須 的。這對(duì)電容器的設(shè)計(jì)是一個(gè)挑戰(zhàn)。電容器的設(shè)計(jì)也是一個(gè)影響電容器性能 的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。 在超級(jí)電容器設(shè) 計(jì)中，雖然電極活性材料是核心材料， 但是集流體、電極隔膜、電解液也大大 影響著電容器性能。國內(nèi)外大部分電容器生產(chǎn)廠家 都利用鋁箔作

20、為集流體，因?yàn)樗膬r(jià) 格優(yōu)勢(shì)和質(zhì)量密度低可減輕超級(jí)電容 器的總質(zhì)量。但因?yàn)樗垢g差，目前 只適用于有機(jī)相的電解液。英國諾丁漢大學(xué)陳正課題組利用鈦?zhàn)鳛榧黧w 制作的水相超級(jí)電容池堆，壽命已經(jīng) 達(dá)到5年并且電化學(xué)性能仍然維持良 好。無疑這是鈦的強(qiáng)抗腐蝕能力使得5 advanced materials industryfrontie水相超級(jí)電容池堆的壽命增加。我國是一個(gè)富鈦國家，鈦金屬集流體的價(jià) 格有望大幅度下降。另外，研發(fā)高導(dǎo)電 性的復(fù)合材料作為集流體，將可以大大減輕超級(jí)電容器的質(zhì)量。通過改性材料，針對(duì)不同電解液，達(dá)到抗酸堿腐 蝕，抗高、低溫，高機(jī)械強(qiáng)度，低電阻率 等性能。超級(jí)電容器的電解液可分

21、為水 相、有機(jī)相，實(shí)驗(yàn)室中以離子液體為電 解液的超級(jí)電容有更高的工作電壓， 但是離子液體高昂的價(jià)格限制了它在 實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用30。超級(jí)電容器大致可以分為卷繞式 和紐扣式（圖4）。這些超級(jí)電容器設(shè)計(jì) 是效仿電池的設(shè)計(jì)所以可以延用原有 的電池生產(chǎn)線，生產(chǎn)工藝難度小。對(duì)于 卷繞和圓柱式的設(shè)計(jì)，活性材料在電容器中的質(zhì)量比一般都較低，當(dāng)電極膜較厚時(shí)難以卷繞。這種設(shè)計(jì)也對(duì)集 流體有可彎曲且機(jī)械性能強(qiáng)的要求。紐扣式一般只適用于制作較小的超級(jí) 電容器。上述內(nèi)容介紹的利用復(fù)合材料為 電極的超級(jí)電容器，與單一碳材料的 超級(jí)電容器相比，有更高的電容容量 和能量密度，但是市場(chǎng)還未出現(xiàn)其商 業(yè)化的產(chǎn)品。原因可能是現(xiàn)有

22、電容器 設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)備不適用于這種新型材 料。以導(dǎo)電聚合物碳納米管復(fù)合物為 例，它質(zhì)地蓬松又疏水，難以分散在溶 劑中，所以原有的制漿工藝已經(jīng)不適 用于這樣的材料，根據(jù)材料特性設(shè)計(jì) 更適合的生產(chǎn)工藝非常必要。電極膜的制作工藝也影響電容器表現(xiàn)。常見的電極膜制作是將粉末材料分散混合 后制漿然后涂抹在集流體或隔膜上。 這種方法要求電極材料必須可以很好 地分散在溶劑中，而且掛漿工藝很難制 作出較厚的電極膜。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，打圖4（a）商業(yè)化卷繞式雙電層超級(jí)電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（b）卷繞式電容器外觀（c）紐扣式電容器31印工藝可以制作相對(duì)較厚的電極膜，而 且添加的表面活性劑不會(huì)對(duì)電容性能 造成影響反而可以增大電極

23、材料與離 子的接觸面積，從而提高電容32。除了 打印工藝，干法壓片也可以制作出較 厚的電極片，但是這種工藝用于堅(jiān)硬 松散的顆粒材料時(shí)，必須加入大量的 粘合劑，大大影響電容性能。所以根據(jù)電極材料特性選擇電極膜的制作 工藝才可以更好的發(fā)揮電極材料的 電容性能。再有，如果想提高活性材料的比 例得到更高的功率和能量密度，改善設(shè)計(jì)上的缺陷也是首要考慮的問題。201人，以鈦片為雙極板的疊片式水 相超級(jí)電容堆可以到達(dá)20voi作電壓。這種雙極板的設(shè)計(jì)，對(duì)活性材料 厚度沒有局限，并且減小了集流體材 料的使用，可有效降低成本和減輕整 體超級(jí)電容池堆的質(zhì)量 33。以往電容 池堆的設(shè)計(jì)是外部串聯(lián)或并聯(lián)多個(gè) 電容器單

24、體，這樣的問題是增大了電 容池堆的接觸電阻，降低了其性能。而 雙極板的設(shè)計(jì)直接有效地減小了接觸 電阻（圖5）。這種疊片式的設(shè)計(jì)延用 了燃料電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以很多工 藝制作可以效仿燃料電池的制造工藝 設(shè)計(jì)。除了電容器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，研究人員對(duì)于電容器正負(fù)電極材料的控制也 做了大量的研究。不對(duì)稱電極設(shè)計(jì)就 用2#不同的電極材料作為正負(fù)極。 利用有更寬負(fù)電位的碳材料為負(fù)極材 料，用有更寬正電位范圍的材料為正 極材料，如金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔?與碳材料的復(fù)合物，可以增大電容器 單體工作電壓。止匕外，不對(duì)稱電極材料 的質(zhì)量比例調(diào)節(jié)也可以有效拓寬工作 電壓34。報(bào)道中的水相電容器單體工 作電壓可以達(dá)到 1.

25、5v,提升了 50% 利用這個(gè)設(shè)計(jì)，原有的能量和功率密 度可以翻倍。表2列出了不同正、負(fù)電新材料產(chǎn)業(yè)？no.03 2015 .65刖沿【frontieradvanced materials industry鈦雙板負(fù)極材料 多空分離器 密封橡膠墊圈 正極材料 積極的鈦終板 絕緣膠板 不銹鋼板圖5(a)涂層有活性電極材料的鈦片(b)水相超級(jí)電容池堆外觀的照片(c)以鈦為雙極板、ppy碳納米管復(fù)合物和活性炭為活性電極材料的水相超級(jí)電容池堆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)33五、結(jié)語超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)在我國蓬勃發(fā)展， 大量高產(chǎn)量高質(zhì)量的超級(jí)電容器生產(chǎn) 企業(yè)涌現(xiàn)出來，這顯示出我國對(duì)電容器 需求的增加。目前，我國對(duì)新能源行業(yè) 尤其

26、電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)大力推動(dòng)，超級(jí)電容 器無疑是一個(gè)可以使得電動(dòng)車更具有 競(jìng)爭(zhēng)力的元素。因此研發(fā)更高能量和功 率的超級(jí)電容器，改進(jìn)現(xiàn)有的超級(jí)電容 器生產(chǎn)工藝是至關(guān)重要的科研課題，也 是工業(yè)界的重要任務(wù)。口 口10.3969/j.issn.1008-892x.2015.03.014表2不對(duì)稱超級(jí)電容器的正負(fù)極電容值比峰電壓/v負(fù)極最大電位/v電壓為00正負(fù)極的電位/vu/v電容/mf電極材料總質(zhì)量/mg能量密度/ (j/g)功率密度/(w/。0.80.97-00.900.38318.00.391.01.15-0.370.211.051.050.40427.00.511.11.34-

27、0.500.41534.00.561.21.40-0.620.141.301.300.42540.80.621.31.47-0.690.141.401.400.43546.60.661.51.65-0.870.121.501.500.45651.30.68極的電容比和電容器工作電壓?？梢钥闯稣{(diào)節(jié)正負(fù)電極材料的質(zhì)量比可以 調(diào)節(jié)正負(fù)電極的電容比例，到達(dá)拓寬工作電壓的目的，最終提高超級(jí)電容 器的功率和能量密度。參考又獻(xiàn)1?dario?galizzioli,trasatti?s.work?function,electronegativity,and?electrochemica

28、l?behaviour?of?metals:ii.potentials?of?zero?charge?andelectrochfunctionsj.journal?of?electroanalytical?chemistry?and?interfacial?electrochemistry,1971,33(2):351-378.frontier2?conway?b?e.electrochemical?supercapacitors:scientific?fundamentals?and?technological?applications?new?york:?kluwer?academicm.

29、us:springer:1999.3?faraji?s,ani?f?n.the?development?supercapacitor?from?activated?carbon?by?electroless?plating-a?reviewj.renewable?and?sustainable?energy?reviews,2015(42):823-834.4?dhibar?s,bhattacharya?p,hatui?g,et?al.transition?metal?doped?poly(aniline-co-pyrrole)/multi-walled?carbon?nanotubes?na

30、nocomposite?for?high?performance?supercapacitor?electrode?materialsj.journal?of?alloys?and?compounds,2015(625):64-75.5?firoz?babu?k,siva?subramanian?s?p,anbu?kulandainathan?m.functionalisation?of?fabrics?with?conducting?polymer?for?tuning?capacitance?and?fabrication?of?supercapacitorj.carbohydrate?p

31、olymers,2013(94):487-495.6? ?zhang?s?w,george?zheng?chen.manganese?oxide? based?materials? for? supercapacitorsj.energy? materials:materials?science?and?engineering?for?energy?systems 2008,3(3):186-200.7? ? shengwen?zhang,chuang?peng,kok?c.ng,et?al.nanocomposites?of?manganese?oxides?and?carbon?nanot

32、ubes?for?aqueous?supercapacitor?stacksj.electrochimica?acta,2010(55):7447-7453.8?peng?chuang,zhang?shengwen,daniel?jewell,et?al.carbon?nanotube?and?conducting?polymer?composites?for?supercapacitorsj.progress?in?natural?science,2008(18):777-788.9?gao?feng,shao?guanghua,qu?jiangying,et?al.tailoring?of

33、?porous?and?nitrogen-rich?carbons?derived?from?hydrochar?for?high-performance?supercapacitor?electrodesj.electrochimica?acta,2015(155):201-208.10? frackowiak? e,be guin? f.carbon? materials? for? the? electrochemical? storage? of? energy? in? capacitorsj.carbon,2001(39):937-950.11? nie? guangdi,lu?

34、xiaofeng,lei? junyu,et? al.facile? and? controlled? synthesis? of? bismuth? sulfide? nanorods-reduced?graphene?oxide?composites?with?enhanced?supercapacitor?performancej.electrochimica?acta,2015(154):24-30.12? kyoung? g? lee,jae-min? jeong,seok? jae? lee,et? al.sonochemical-assisted? synthesis? of?

35、3d? graphene/nanoparticle?foams?and?their?application?in?supercapacitorj.ultrasonics?sonochemistry,2015(22):422-428.13?graeme?a?snook,pon?kao,adam?s.best.conducting-polymer-based?supercapacitor?devices?and?electrodesj.journal?of?power?sources,2011(196):1-12.14? kai? hang? ye,liu? zhaoqing,xu? changw

36、ei,et? al.mno 2/reduced? graphene? oxide? composite? as?high-performance?electrode?for?flexible?supercapacitorsj.inorganic?chemistry?communications,2013(30):1-4.15? lei? qian,lu? lu.fabrication? of? three-dimensional? porous?graphene manganese?dioxide? composites?as?electrode?materials?for?supercapa

37、citorsj.colloids?and?surfaces?a:physicochemical?and?engineering?aspects,2015(465):32-38.16?wei?deng,wei?lan,yaru?sun,et?al.porous?coo?nanobundles?composited?with?3d?graphene?foams?for?supercapacitors?electrodesj.materials?letters,2014(137):124-127.17?fang?linxia,zhang?baoliang,li?wei,et?al.fabricati

38、on?of?highly?dispersed?zno?nanoparticles?embedded?in?graphene?nanosheets?for?high?performance?supercapacitorsj.electrochimica?acta,2014(148):164-169.18?na?lin,jianhua?tian,zhongqiang?shan,et?al.hydrothermal?synthesis?of?hydrous?ruthenium?oxide/graphene?sheets?for?high-performance?supercapacitorsj.el

39、ectrochimica?acta,2013(99):219-224.19? liu? haiyan,zhang? wei,song? huaihe,et? al.tremella-like? graphene/polyaniline? spherical? electrode? material? for? supercapacitorsj.electrochimica?acta,2014(146):511-517.20? mitchell? e,candler? j,de? souza?f,et? al.high? performance? supercapacitor? based?on

40、? multilayer? of? polyaniline? and? graphene?oxidej.synthetic?metals,2015(199):214-218.21? li? jiang,xie? he,li? you.enhanced? electrochemical? performance? of? poly(n-acetylaniline)/graphene? composites?as?electrode?materials?for?supercapacitorsj.materials?letters2014(124):215-218.22? gurunathan? k

41、,murugan? a? v,marimuthu? r,et? al.electrochemically? synthesised? conducting? polymeric? materials? for? applications?towards?technology?in?electronics,optoelectronics?and?energy?storage?devicesj.materials?chemistry?and? physics,1999(61):173-191.23?gupta?v,miura?n.high?performance?electrochemical?s

42、upercapacitor?from?electrochemically?synthesized?nanostructured? polyanilinej.materials?letters,2006(60):1466-1469.24? li? zhenfan,joachim? maier.high-performance? polypyrrole? electrode? materials? for? redox? supercapacitorsj.? electrochemistry?communications,2006(8):937-940.25? xu? youlong,wang?

43、jie,sun? wei,et? al.capacitance? properties? of? poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polypyrrole? compositesj.journal?of?power?sources,2006(159):370-373.26? lin? zongyuan,yan? xxingbin,lang? junwei,et? al.adjusting? electrode? initial? potential? to? obtain? high-performance? asymmetric?supercapacitor?based?on?porous?vanadium?pentoxide?nanotubes?and?activated?carbon?nanorodsj.journal?of? power?sources,2015(279):358-364.27? yang? qin,pang? siu-kwong,yung? kam-chuen.study? of? pedotpss?in? carbon? nanotube/conducting?polymer? composites? as? supercapacitor? electrodes? in? aqueous? s