【《超级电容器的电极材料分析》1400字】

超级电容器的电极材料分析研发高性能超级电容器的关键在于研究出导电性能和储电性能优异的电极材料。目前，SCs的电极材料可分为单一电极材料和复合电极材料[15-18]，其具体分类如图1-4所示。图1-4SCs电极材料的分类(1)碳材料碳材料是最早实现商业化的电极材料[19]，其商业化历史可追溯到1970年日本NEC和Panasonic公司生产的活性炭超级电容器。目前，应用较多的碳材料有活性炭(AC)、活性碳纤维(ACF)、碳气凝胶(CAG)、碳纳米管(CNT)等。活性炭材料具有价格低廉、制备技术成熟、化学稳定性好等优点，但活性炭本身浸润性较差，不利于电解液的浸透和电双层的形成[20]。Lui[21]等人通过在KOH电解液中添加异丙醇的方法来改善活性炭电极的浸润性，结果表明异丙醇的加入降低了活性炭电极的表面张力，表面张力的降低有利于减小电极内部的阻抗、改善电极的浸润性，从而提高活性炭的电化学性能。活性碳纤维是一类新型吸附材料，可用于污水处理、食品、航天航空等领域。近年来，研究者通过新型模板、高温氧化、表面沉积、化学修饰及导电聚合物包覆等方法制备许多高性能的活性碳纤维[22-24]。如Erman[25]等人以ZnCl2为模板剂合成了一种活性碳纤维。在1MH2SO4的电解液中，功率密度为44.67W·kg-1时，该活性碳纤能量密度达到了54.2Wh·kg−1。碳气凝胶是一种密度小、比表面积大、网络结构发达、力学性能优异的纳米多孔碳材料。碳气凝胶因其突出的吸附性、导电性、高温隔热性，在储氢、电化学、高温隔热和医疗卫生等领域展现出巨大的潜力。但制备工艺复杂、成本高和生产周期长等因素制约着碳气凝胶的规模化生产[26,27]。碳纳米管是一种具有特殊结构的纳米石墨晶体。目前，已有很多性能优异的碳纳米管及其复合材料被报道。如Suganya[28]等人通过简单的水热法制备了一种钒酸锌(Zn3V2O8)和氮掺杂多壁碳纳米复合材料，其在1A·g-1电流密度下，具有403F·g-1的比电容。Kumar[29]等人通过水热法制备了钨酸亚铁与多壁碳纳米管的新型纳米复合电极(FeO4W/f-MWCNTs)，并将该电极用于高性能SCs中。结果表明，当测试电流密度为1A·g-1时，该电极的比电容为875F·g-1。在10000次循环后，该电极的电容量保持在89.17%左右。(2)导电聚合物目前，研究和应用较多的导电聚合物有聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PTh)、聚苯撑(PPP)、聚吡咯(PPy)和聚乙炔(PA)[30-32]。相对于碳材料，导电聚合物作为电极材料时具有更大的比电容。然而，导电聚合物在充/放电过程体积会发生明显的变化，甚至会出现结构重叠或塌陷的现象，因而导致导电聚合物的稳定性较差[33]。因此，研究人员常常通过模板法、原位聚合法等方法制备高性能导电聚合物复合材料。如Yi[34]通过吡咯原位聚合的方法制备了一种复合材料PPy-TB-GO。在1MH2SO4电解液中，扫描速率为5mv·s-1时，PPy-TB-Go的电容量高达590F·g-1。(3)金属氧化物与碳基材料和导电聚合物相比，金属氧化物具有更大的比功率和更高的能量密度[11]。目前，应用较广泛的金属氧化物有MnO2、RuO2和NiO等。Sridhar[35]等人以氧化石墨烯为微波敏感表面，合成了一种将MnO2纳米粒子嵌入三维氧化石墨烯-CNT骨架中的复合材料。将该复合材料作为电催化剂用于氧化还原反应(ORR)中，结果表明该材料比商用Pt/C具有更好的稳定性。Ahmed[36]等人通过Cr原子掺杂入NiO结构中的方法制备了一种纳米棒状的NiO纳米材料，该材料在1A·g-1电流密度下具有1132.6F·g-1的高比电容。(4)复合材料不同类型的电极材料的优缺点不一，通过将两者或者两种以上的材料结合在一起，往往能得到比单一金属氧化物、碳材料、导电聚合物等材料更好的性能。如Paravannoor[37]等人采用水热法合成了一种PrO/CNT复合材料，该复合材料在1A·g-1的电流密度下具有1099F·g-1的比电容。BoopathiRaja[38]等人采用水热法合成了一种NiCo2O4@PPy复合材料。以NiCo2O4@PPy为正极材料，活性炭和炭黑为负极材料组装了非对称超级电容器