超級(jí)電容器材料綜述

《超級(jí)電容器材料綜述》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能裝置，具備充放電快、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種清潔的綠色能源，是21世紀(jì)的新型綠色能源。超級(jí)電容器有很大的市場(chǎng)潛力。通過(guò)對(duì)超級(jí)電容器電極材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)多孔碳材料作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能的影響。目前，用于超級(jí)電容器的電極材料主要是碳材料，市場(chǎng)上主要是活性炭材料，因?yàn)榛钚蕴康某杀据^低，且活性炭具有很高的比表面積,這是超級(jí)電容器電極材料所必須具備的特點(diǎn)。但是，活性炭的導(dǎo)電性一般，微觀結(jié)構(gòu)主要以微孔形式存在，因此在電解液中會(huì)有很大的電阻，電解液浸透電極的過(guò)程會(huì)比較慢，在存儲(chǔ)和傳輸電荷的時(shí)候也會(huì)比較慢，但是它

2、的成本低，基本可以滿足市場(chǎng)的要求，因此被作為市場(chǎng)上電容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更優(yōu)越的性能，但是成本較高，所以沒(méi)有被用作商業(yè)化。因此，尋找性能好，成本低的電極材料是當(dāng)前超級(jí)電容器領(lǐng)域的主要研究方向，從而制備岀性能優(yōu)越，成本低，能夠廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)的超級(jí)電容器，具有重大意義。目前用于研究超級(jí)電容器電極材料的碳材料主要有活性炭、炭氣凝膠、碳納米管、玻璃碳、石墨烯、碳纖維以及碳/碳復(fù)合材料。碳材料原料低廉，表面積大，適合大規(guī)模生產(chǎn)。但是單純不加修飾碳電極材料沒(méi)有很高的比電容，還需要對(duì)其進(jìn)行改性等研究。1、活性炭材料對(duì)于活性炭材料，不同的處

3、理方法，會(huì)得到不同比表面積的活性炭，一般表面積可以高達(dá)1000?3000m2/g,而且具有不同的空隙，孔徑范圍寬，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可以從瀝青、植物硬殼、石油焦、橡膠等各種原材料中得來(lái)。是一種已經(jīng)商品化的超級(jí)電容器電極材料?；钚蕴坎牧系幕罨椒ǘ喾N多樣，可以分為物理活化和化學(xué)活化兩種。2、炭氣凝膠電極材料炭氣凝膠是一種交聯(lián)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀的碳材料有多孔性，導(dǎo)電性好，表面積大，孔隙率高，孔徑分布廣，是唯一可以導(dǎo)電的氣凝膠，電導(dǎo)率高。密度跨度大，孔隙率好，而且質(zhì)量較輕，屬于非晶態(tài)的納米碳材料，同時(shí)，在制備的時(shí)候，可以通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)控制其孔徑分布

4、和微粒尺度。3、碳納米管碳納米管這是一種有類似石墨的六邊形組成的碳材料，微觀上看兩端封閉的多層的管子，直徑有幾十納米，層間距要比石墨層間距稍大。從超級(jí)電容器對(duì)電極材料的要求上看，碳納米管材料是非常適合用來(lái)做電極材料的，因?yàn)樘技{米管的結(jié)構(gòu)是空管的形狀，表面積大，尤其是壁很薄的碳納米管，比表面積更大，非常有利于雙電層電容的儲(chǔ)備。碳納米管要是制成電極時(shí)，還會(huì)具備特殊的孔，這些孔是由微觀狀態(tài)下，碳納米管互相纏繞，好似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，管與管之間就形成了孔洞的結(jié)構(gòu)，孔與孔之間都是互相連通的，沒(méi)有堵死的情況，這在用作電極的時(shí)候，對(duì)于電解液的流通的很重要的。而且這

5、種由管徑互相纏繞得到的孔不會(huì)太小，一般都是屬中孔，這會(huì)使電極的內(nèi)阻很低，這些都是超級(jí)電容器電極所需要具備的。冃前對(duì)碳納米管作為超級(jí)電容器電極材料的研究主要集中在將它亡接用于超級(jí)電容器上，或者將碳納米管和別的材料復(fù)合用作超級(jí)電容器。4、活性炭纖維活性炭纖維是一種環(huán)保材料，具有比活性炭更加優(yōu)越的吸附性能，由它得到的高表面積的活性炭纖維布已經(jīng)成功用于商業(yè)化的電極材料。5、石墨烯全世界有很多研究者都對(duì)石墨烯進(jìn)行研究，石墨烯的制備方法有很多，包括膠帶剝離法、SiC分解法、氧化石墨還原法等，其中氧化還原法是目前用到最多的方法，該種方法制備的石墨烯產(chǎn)量高、

6、質(zhì)量好、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。但是該方法也有一些缺點(diǎn)，比如經(jīng)過(guò)強(qiáng)氧化劑氧化后的石墨烯不容易被徹底還原、使用的還原劑一般都有劇毒等。石墨烯具備很多其它材料所不具備的特點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)主要有導(dǎo)電性好、表面積大、密度小、特殊的導(dǎo)熱性能和光學(xué)性質(zhì)、高力學(xué)性能等，這些都理想超級(jí)電容器電極材料的要求。6、金屬氧化物材料金屬氧化物材料是除了碳材料外用在超級(jí)電容器上的有一大類材料，其儲(chǔ)電原理不同于碳材料的雙電層儲(chǔ)電方式，它主要是采用法拉第準(zhǔn)電容原理，要比雙電層電容大很多，法拉第準(zhǔn)電容是一種高度口J逆的化學(xué)吸脫附反應(yīng)或者氧化還原反應(yīng)，可以發(fā)生在電極和電解液的界面上，也可以

7、發(fā)生在電極內(nèi)部，比電容要比雙電層電容大。7、導(dǎo)電聚合物材料導(dǎo)電聚合物材料是超級(jí)電容器電極材料的又一大類，其電容也是主要來(lái)自法拉第準(zhǔn)電容，它們被制作成電極后，一小部分是雙電層電容發(fā)生在電極溶液界面，更多的是氧化還原反應(yīng)時(shí)高度可逆的法拉第準(zhǔn)電容。因?yàn)閷?dǎo)電聚合物有塑性，很容易制得內(nèi)阻小，成本較低的薄層電極，很值得研究。