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复合电极材料分为两大类:CNTs与金属氧化物复合和CNTs与导电聚合物复合。王晓峰等制得的超细RuO2/CNTs电极复合材料表现出了良好的高功率放电特性,在1mol/LH2SO4溶液中的比电容达860F/g。
RuO2赝电容效应良好,但价格较高,大量应用受到限制。G.X.Wang等用MnO2代替RuO2制得MnO2/CNTs复合电极材料,作为负极,与CNTs正极组成不对称杂化电容器。这种不对称杂化电极比对称电极的电化学性能更好,比能量达到32.91Wh/kg,比电容分别是MnO2/CNTs电极和单纯CNTs电极的1.3倍和3.4倍。
目前研究的CNTs与导电聚合物复合的材料主要有CNTs/聚苯胺、CNTs/聚吡咯等。与CNTs和金属氧化物复合的电极材料相比,CNTs和导电聚合物复合的材料不仅可以提高ECs的比电容,而且能降低成本,赝电容效应也较稳定。
管壁尽量薄、长度短、比表面积大且石墨化程度适中的CNTs有较好的电化学性能。经活化处理后,CNTs的比电容会有不同程度的增加;由于协同效应的产生,复合电极材料能充分利用双电层电容原理和赝电容原理存储电荷,性能优于单纯的CNTs。选择性能好、价格低廉的金属氧化物、氢氧化物、复合氧化物或导电聚合物与CNTs复合,将是一个发展方向。
2.5模板炭
近年来,人们尝试采用模板技术来制备中孔炭,力求获得具有更高利用率的多孔炭材料。用模板技术制得的炭材料,孔径分布均匀,一般呈单峰或双峰分布;孔都属于中孔,利用率比AC大得多。A.B.Fuertes等以硅胶为模板,制得了单峰孔径分布和双峰孔径分布的两种中孔炭,发现后者具有更大的比表面积和孔容量,将该炭材料制成混合电极后,在低电流密度(1mA/cm2)时的比电容为200F/g,比能量和比功率分别达到3Wh/kg和300W/kg。S.Wen等用可以作集流体的Al2O3为模板,制得孔径分别为(50±10)nm和(44±2)nm的规则CNTs,在制备过程中不用去除模板剂,操作更为简便。M.Kodama等用氟膨胀云母为模板,以含氮有机杂环化合物为碳源,制得了具有边缘线条结构的薄膜型炭材料。所得材料中残留有氮,增加了赝电容效应,在1mol/LH2SO4溶液中的比电容为100~180F/g。
模板技术制得的炭材料孔径规则,大小可通过选用不同规格的模板剂来控制,电化学性能优良。
3展望
使用炭材料的超级电容器已经商品化,但为了进一步提高电容器的性能,还要解决很多问题。制备孔径尺寸可调的炭材料,以获得高比电容和低阻抗;与金属氧化物或导电聚合物复合,以增加赝电容效应,获得比电容较高、综合性能较好的复合材料;提高炭电极的工作电压;在不降低比功率的同时,提高超级电容器的比能量等都是今后研究的方向。
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