超级电容器电极材料研究进展-第2页-北极星储能网

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Osaka等[3]采用聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF- HFP)凝胶电解质作为粘结剂与活性炭粉混合制得的活性炭电极(活性炭/PVdF-HFP，质量比7/3)，比表面积为2500m2/g，比容量为123F/g，循环寿命可达104 。对活性炭还可采用掺杂、接枝等方法对活性炭材料加以修饰以改善活性炭的导电性，如通过Ar-O2等离子处理和电化学的氧化还原处理，通过控制电极表面性质和结构可使电极更加有效。日本学者Hiroyuki等采用热压成型法(hot briquetting method)制备的高密度活性炭纤维(HD-ACF)，其密度为0.2g/cm3~0.8g/cm3，且不用任何粘结剂，这种材料的导电性远高于活性炭粉末电极，制得的双电层电容器的电容值随活性炭纤维密度的提高而增大，是一种很有前途的电极材料。

N.L.Wu等[4]在大比表面(1420m2/g)的非导电活性炭中加入小比表面(220m2/g)的导电碳黑，当碳黑达到25%(质量分数)、在1M的KOH水溶液中、电压扫描速率20mV/s时最大比电容为108F/g，研究认为复合电极的最大电容量与碳黑含量有关，当碳黑低于一定限度时，电容主要受电极一端电子阻抗影响。

2.2碳气凝胶

碳气凝胶是一种新型轻质纳米多孔无定型碳素材料，其孔隙率高达80%~90%，比表面积高达500~1000m2/g，密度变化范围广，结构可调。它的大比表面积和高电导率使其成为超级电容器和可充电电池理想的电极材料。Wencui Li等[5]用甲酚、间苯二酚和甲醛(CmRF)合成的碳气凝胶制备电极，比表面在400~700m2/g，在1.0M H2SO4水溶液中测得其容量为104F/g(77F/cm3)。虽然碳气凝胶是一种很好的电极材料，但由于其制备繁琐费时，价格较高，给其应用带来了一定的困难。

2.3碳纳米管(CNT)

碳纳米管做超级电容器电极材料有其优越性：结晶度高、导电性好、比表面积大、微孔集中在一定范围内。碳纳米管的孔结构主要由相互缠绕的管间表面空隙形成，碳纳米管的空隙是相互连通的，因此也就不存在所谓的“死孔”，所有的孔都是对外开放的。同时由于其孔是由管间空隙形成，孔径在2~50nm之间，全部属于中孔范围，所以碳纳米管在作为双电层电容器的电极时，具有很高的比表面积利用率。对于活性炭等电极材料来说，其微孔面积随热处理温度的升高而呈线性下降，因此在制备碳与粘结剂的复合电极时，其碳化温度和时间都受到一定限制。但是在制备碳纳米管时，中孔面积几乎不随温度升高而改变，和碳纤维一样，通过化学处理，碳纳米管表面可以吸附上丰富的官能团，其电容量可提高30%以上[6]。

由于碳纳米管有较大的比表面积和丰富的表面官能团，因而它有较好的吸附性能，适合与其他材料组成复合电极。E.Frackowiak等[7]用多种方法对多层碳纳米管进行改善，一种是通过在多层碳纳米管上被覆导电聚合物(如PPy)，其电容量从50上升到180F/g，循环次数超过2000次。另外用KOH对多层碳纳米管进行化学活化也表现出很好的效果，其比电容从15F/g上升到90F/g。

为提高碳材料的表面利用率和改善其导电性能，有必要作改性处理，改性的方法通常有两种，即热处理和化学处理，以改变碳材料的物化特性，如：表面形态、孔径分布、电导率、润湿性等。表1是一些常见碳材料的改性工艺[8~10]。

原标题：超级电容器电极材料研究进展

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