超级电容器的研究进展
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究随着科技的进步，电子产品的需求在不断增长。
为了应对这一需求，电池和超级电容器的研究变得越来越重要。
超级电容器是一种新型的存储能量设备，与传统的电池相比，超级电容器拥有极高的能量密度、长寿命、快速充放电等优势。
因此，其在电子、交通、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
而基于氧化石墨烯的超级电容器具有极大的发展潜力，以下将介绍其制备和应用研究的最新进展。
一、氧化石墨烯的制备氧化石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料，化学式为C（O）OH。
氧化石墨烯的制备方法有多种，其中常用的方法包括化学氧化法、热氧化法、电化学氧化法等。
化学氧化法是目前较为常用的制备方法。
通常将石墨粉末与混合酸（硝酸和硫酸）混合，经过氧化反应后，用水洗涤和干燥即可。
热氧化法则通过将石墨粉末加热至高温下，通过氧化反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法制备出的氧化石墨烯具有较高的热稳定性和晶体品质，但是制备难度较大，成本较高。
电化学氧化法则是通过电化学反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法可以使石墨表面的氧化程度更加均匀，制备出的氧化石墨烯具有良好的电化学性能。
二、基于氧化石墨烯的超级电容器的研究进展基于氧化石墨烯的超级电容器研究起步较晚，但是得到了长足的发展。
氧化石墨烯的独特结构和性质使得基于其材料制备的超级电容器具有优异的性能，例如：高能量密度、高功率密度、长寿命等特点。
1. 氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯（PVB）复合材料是目前研究较为成熟的氧化石墨烯超级电容器材料。
这种材料的优点在于氧化石墨烯的导电性和PVB的柔软性、韧性结合在了一起，既能够提高超级电容器的能量密度，又能有效延长电容器的使用寿命。
2. 氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料也是一种目前研究较为活跃的氧化石墨烯超级电容器材料。
通过将氧化石墨烯与多孔碳材料结合，能够有效提高超级电容器的能量密度和功率密度，并且提高超级电容器的使用寿命。
超级电容器研究综述
一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。
然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。
140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。
早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。
之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。
电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。
另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。
超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。
目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。
同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。
在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。
超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。
通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。
超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。
但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。
（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。
超级电容器电极材料的研究进展
2011年第3期 新疆化工 11 超级电容器电极材料的研究进展摆玉龙（新疆化工设计研究院，乌鲁木齐830006）摘要：超级电容器既具有超大容量，又具有很高的功率密度，因此它在后备电源、替代电源、大功率输出等方面都有极为广泛的应用前景。
超级电容器的性能主要取决于电极材料，近年来各国学者对于超级电容器的电极材料进行了大量的研究。
关键词：超级电容器；电极材料1 前言超级电容器的种类按其工作原理可以分为双电层电容器、法拉第准电容器(也称为赝电容电容器)以及二者兼有的混合电容器。
双电层电容器基于双电层理论，利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来储存能量。
法拉第准电容器则基于法拉第过程，即在法拉第电荷转移的电化学变化过程中产生，不仅发生在电极表面，而且可以深入电极内部。
根据这两种原理，目前作为超级电容器的电极材料的主要分为三类[1]：碳材料、金属氧化物及水合物材料、导电聚合物材料。
2 碳材料类电极材料在所有的电化学超级电容器电极材料中，研究最早和技术最成熟的是碳材料。
其研究是从1957年Beck发表的相关专利开始的。
碳电极的研究主要集中在制备具有大的比表面积和较小内阻的多孔电极材料上，可用做超级电容器电极的碳材料主要有:活性炭、纳米碳纤维、玻璃碳、碳气凝胶、纳米碳管等。
活性炭(AC)是超级电容器最早采用的碳电极材料[2]。
它是碳为主，与氢、氧、氮等相结合，具有良好的吸附作用。
其特点是它的比表面积特别大，比容量比铂黑和钯黑高五倍以上[3]。
J.Gamby[4]等对几种不同比表面积的活性炭超级电容器进行测试，其中比表面积最大为2315m2·g的样品得到的比容量最高，达到125F/g，同时发现比表面积和孔结构对活性炭电极的比容量和内阻有很大影响。
活性炭纤维(ACF)是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。
ACF的制备一般是将有机前驱体纤维在低温(200℃~400)℃下进行稳定化处理，随后进行炭化、活化(700℃~1000)℃。
超级电容器研究综述
一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。
然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。
140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。
早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。
之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。
电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。
另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。
超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。
目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。
同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。
在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。
超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。
通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。
超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。
但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。
（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone 图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。
基于PEDOTPSS超级电容器电极的研究进展
6I Issue6江西科技师范大学学报Journal of Jiangxi Science&Technology Normal University202012Dec.2020基于PEDOT：PSS超级电容器电极的研究进展王晔晔，丁文俊，杨家霁，陈晓，刘聪聪*(江西科技师范大学化学化工学院，江西南昌330013)摘要：作为典型的导电聚合物，聚(3,4-二氧乙撑8吩)：聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS&在应用中得到了越来越广泛的关注。
它具有许多独特的性能，如较高的掺杂水平、高导电性以及快速的传质动力学。
PEDOT：PSS作为电极材料在能量转换和存储设备中有着较大的发展潜力。
本文对PEDOT：PSS作为超级电容器电极时自身所具备的优及典型合材料的电容性能了。
关键词：电极材料；PEDOT：PSS；导电性；电容性能；复合材料中图分类号：0631文献标识码:A文章编号:2096-854X(2020)06-0056-05Research Progress of PEDOT:PSS as The Electrode ofSupercapacitorsWang Yeye,Ding Wenjun,Yang Jiaji,Chen Xiao,Liu Congcong*(l.School of Chemistry and Chemical Engineering,Jiangxi Science&Technology Normal University,Nanchang330013,Jiangxi,P.R.China)Abstract：As a typical conductive polymer,poly(3,4-dioxyethylenethiophene&:polystyrene sulfonic acid(PEDOT: PSS)has received more and more attention in its applications.High doping level,high conductivity and fast mass transfer kinetics are all its characteristics.PEDOT:PSS as an electrode material has great potential for development in energy conversion and storage devices.This article summarizes the advantages of PEDOT:PSS as a supercapacitor electrode and the capacitance performance of typical composite materials.Key words：Electrode materials;PEDOT:PSS;conductivity;capacitance performance;composite—、前言近年来，便携式电子设备已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分，因此为其提供动力的电化学储能技术将不可避免的面临更大程度的需求与优化。
超级电容器的储能机理与关键材料研究进展
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Ｓｃｉ ｃｅ ｅｎ ａｎｄ Ｔｅｃｈ ｎ０ｌ ｙ 『 ０ｇ ｎｎｏ ｖａｔ ｏ Ｈｅｒ ｄ ｉｎ ａｌ
工 程 技 术
超 级 电容 器 的储 能机 理 与 关键 材 料 研 究 进 展 ①
李晶 赖延清 金 旭东。 刘业翔 （． １ 西南科技 大学 材料 科学 与工程 学 院 四川绵 阳 ６ １ １ ； ２ 中南大学 冶金 科学与工 程学 院 湖南长 沙 ２ ００ ． ３ 湖 南业翔 晶科 新能 源有 限公司 湖南长 沙 ４ １ ０ ． １ ） ００
水 的 无定 型 态 ， 是 比表 面极 高 的 纳米 晶结 或 构， 制备金属氧 化物材料 的热处理温 度都 比较 低（０ ～４ ０ ， ２ ０ ０ ℃）以避 免 电极材料 比表面 增大 或材 料晶型 由无定 型态 向结 晶态 的转变 。 ２ ３ 分子导 电聚 合物 电极 ．高 高分子 聚合 物材 料 目前 也被 用于超 级 电 容器 电极 材料的 制备。 其储 能也是遵循 法拉第 准 电容原 理 。 比过 渡金属氧 化物 电极 工作电 相 压较低 的特点 ， 采用 高分子聚合 物材料最大 的 优点是 可 以在高 电压 下 工作（ ． ～３ ２ ， ３ ０ ．Ｖ）代 表 了超 级 电容 器电极 材料 研究 的一 个新 的发 展方向 。 采用高分子聚合物材料制备的电极材料的 储能是一个快速的 电化学充放 电过程 ， 而且充入 的电荷是存放在这种材料 的整个体内的。 即能量 是存放在整个材料 内部而不仅仅局 限于材料表 面。 高分子聚合物 电极材料具有比能量大和比功 率大的特点（ 分别为５ ／ ｇ ０ Ｗ／ ｇ ， Ｗｈ ｋ 和５０ ｋ ） 但其
４ ０ ３ １ ８ ０
摘 要： 超级 电容器作为一种新型的储能元件， 具有高功率 密度和 高循环寿命 等优点 ， 在许多领域特别是混合 电动汽车方面具有广阔的应 用前 景。 电极 材料和 电解液是 决定超级 电容器性 能的根 本 因素 ， 本文对 超级 电容 器储能机理 以及超 级 电容 器关键 材料研 究进展进行 了综述 。 关键 词 ： 超级 电容器 电极 材料 电解液 研究进 展 中图分类 号 ： ３ ＴＭ５ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： ７ －０ ８ ２ １ ） １ ａ－Ｏ ３ ０ １ ４ Ｘ（ ０ １ ０ （） １ － ２ ６ ９ ２ 超级电容 器， 又称电化学电容器 ， 作为一种 存 的金属氧 化物和导 电聚合物 电极 ， 电容遵 其 新 的储 能元件 ， 填补了传统 电容器（ 如平板 电容 循 以下 公式 ： 器、 电解电容器） 和电池之 间的空 白， 它能提供 比 ｃ ＝（ Ｔ Ｑ（Ｆ ）吼 （－ １ 吼） （ ３ ） 普通 电容器更高的 比能量和 比二次 电池更高 的 ［Ｘ ／ Ｏ Ｄ］ 比功率 以及更长的循环寿命， 同时还具有 比二次 ～ ／【 ＸＤ ４ＲＥ Ｏ － ＤＪ 电池耐温和免维护的优点 。 本文就超级 电容器的 其 中 吼 是 指 氧 化 态 的 离 子所 占 电 量 在 储能机理 、 超级电容器 电极材料与电解液的研究 总 的 氧 化 还 原 反 应 通 过 的总 电 量 的 分 数 。 进展 、 级电容 器的发 展方 向进行 了简单的论 超
超级电容器的研究进展及其在新能源领域中的应用
超级电容器的研究进展及其在新能源领域中的应用近年来，越来越多的人开始意识到新能源的重要性，而超级电容器作为重要的能源储存设备，备受人们的关注。
本文将介绍超级电容器的研究进展以及其在新能源领域中的应用。
一、超级电容器的研究进展超级电容器是一种能够储存和释放能量的设备，它与传统的电池不同，电容器可以快速充放电且寿命较长。
随着技术的不断改进，超级电容器的性能也得到了很大的提升。
1.1 材料研发超级电容器的性能很大程度上取决于储存介质的材料。
传统电容器使用的是电解质，而超级电容器使用的是活性碳、金属氧化物等材料。
目前，研究人员致力于开发新的储存介质，如金属材料、纳米纤维等，以提高超级电容器的性能。
1.2 结构设计超级电容器的结构设计也是影响其性能的关键因素。
采用不同的结构设计，可以提高电容器的能量密度和功率密度。
当前，研究人员正在探索多种结构设计，如半球形或石墨烯包覆的超级电容器等。
1.3 改进制备工艺超级电容器的制备工艺也是影响其性能的一个关键因素。
目前，研究人员正致力于改进预处理工序、电极浸渍工艺等，以提高超级电容器的性能。
二、超级电容器在新能源领域中的应用超级电容器在新能源领域中有广泛的应用，包括电动车、储能系统等。
2.1 电动车电动车需要一个可靠的能源储存设备。
超级电容器具有快速充放电、寿命长等特点，是一种适合用于电动车的储能设备。
超级电容器还能提高电动车的动力性能和续航里程，因此越来越受到关注。
2.2 储能系统超级电容器在储能系统中也有重要的应用。
在发电系统和能源系统之间，需要一种缓冲机制，可以储存电能并在需要时快速释放。
超级电容器可以很好地满足这个需求。
此外，超级电容器还可以协助防止电力峰值和电压下降等问题，提高能源利用效率。
三、结论超级电容器已经成为新能源领域中的重要组成部分，越来越多的研究人员开始关注其研究和应用。
未来，随着技术的不断提升，超级电容器的性能将会进一步提高，其在新能源领域中的应用将变得更加广泛。
超级电容器电极材料研究进展
超级电容器电极材料研究进展一、本文概述随着能源危机和环境污染问题日益严重，高效、环保的能源存储和转换技术成为了全球科研工作的热点。
超级电容器，作为一种新型的储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命等优点，在电动汽车、电子设备、可再生能源系统等领域具有广阔的应用前景。
电极材料作为超级电容器的核心组成部分，其性能直接影响着超级电容器的整体性能。
因此，研究和开发高性能的超级电容器电极材料成为了当前的研究重点。
本文旨在全面综述超级电容器电极材料的研究进展，包括各类电极材料的性能特点、合成方法、改性策略及其在超级电容器中的应用。
文章首先介绍了超级电容器的基本原理和分类，然后重点分析了碳材料、金属氧化物、导电聚合物等常见电极材料的性能优势和存在的问题。
接着，文章综述了近年来通过纳米结构设计、复合改性、表面修饰等手段提高电极材料性能的研究进展。
文章展望了超级电容器电极材料未来的发展方向和潜在应用领域。
通过本文的阐述，期望能够为超级电容器电极材料的研究和应用提供有益的参考和启示。
二、超级电容器电极材料分类超级电容器的性能与电极材料的特性密切相关，因此，对电极材料的研究一直是超级电容器领域的热点。
根据材料种类的不同，超级电容器的电极材料主要分为碳材料、金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物以及复合材料等几大类。
碳材料：碳材料是超级电容器中应用最广泛的一类电极材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
这类材料具有比表面积大、导电性好、化学稳定性高等优点，适合用作双电层电容器的电极材料。
然而，碳材料的储能机制主要是物理吸附，因此其能量密度相对较低。
金属氧化物/氢氧化物：金属氧化物/氢氧化物如RuO₂、MnO₂、NiOOH 等，具有较高的赝电容特性，能够实现快速的氧化还原反应，从而提供更高的能量密度。
然而，这类材料的导电性较差，且在充放电过程中体积变化较大，容易导致电极结构破坏，影响循环稳定性。
导电聚合物：导电聚合物如聚吡咯、聚噻吩等，具有良好的导电性和赝电容特性，是超级电容器电极材料的另一类重要选择。
超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展
第52卷第11期2023年11月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.52㊀No.11November,2023超级电容器用MOFs 衍生纳米电极材料的研究进展郭容男1,李太文1,王㊀栋1,王天汉1,裴㊀琪1,王媛媛2(1.河南农业大学机电工程学院,郑州㊀450002;2.河南农业大学园艺学院,郑州㊀450002)摘要:超级电容器因具有功率密度高㊁充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注,但是较低的能量密度限制了其广泛应用㊂开发新型高效电极材料对改善超级电容器电化学性能至关重要㊂金属有机框架材料(MOFs)具有比表面积大㊁结构孔径可控和活性位点丰富等特点,故在能量转化和储存领域受到了广泛关注㊂但是由于MOFs 的结构稳定性和导电性较差,其作为超级电容器的电极材料时,无法获得满意的电化学性能㊂以MOFs 为前驱体制得的MOFs 衍生物的稳定性和导电性优于原生MOFs,显著提高了超级电容器的电化学性能㊂本文综述了超级电容器用纳米MOFs 衍生碳化物㊁氧化物㊁氢氧化物㊁磷化物㊁硫化物电极材料的研究现状,总结了MOFs 衍生超级电容器电极材料的合成策略,为超级电容器用MOFs 衍生纳米材料的研究提供指导意义㊂关键词:超级电容器;电极材料;MOF;衍生材料;碳材料;策略选择;结构调制中图分类号:TM53;TB332㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2023)11-1922-09Research Progress of MOFs-Derived Nano-Electrode Materials for SupercapacitorsGUO Rongnan 1,LI Taiwen 1,WANG Dong 1,WANG Tianhan 1,PEI Qi 1,WANG Yuanyuan 2(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;2.College of Horticulture,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)Abstract :Supercapacitors have attracted much attention because of their high power density,fast charging /discharging speed,and long cycle life.However,the low energy density restricted their wide application.Developing novel and efficient electrode materials is imperative to improve the electrochemical performance of supercapacitors.Metal-organic frameworks (MOFs)have attracted extensive attention in the field of energy conversion and storage,owing to their large specific surface area,controllable pore size,rich active sites and easy synthesis.Nevertheless,due to the inferior structural stability and low conductivity of MOFs,the electrochemical performance of supercapacitors with MOFs electrode materials is unsatisfactory.MOFs derivatives,prepared from the MOFs precursor,possess excellent structural stability and conductivity,thus prominently improve the electrochemical performance of supercapacitors.This work mainly focuses on the MOFs-derived electrode materials for supercapacitors,including MOFs-derived carbides,oxides,hydroxides,phosphides and sulfides.The synthesis strategies of electrode materials for supercapacitors are discussed,providing guidance for the research of nano-MOFs-derived materials for supercapacitors.Key words :supercapacitor;electrode material;MOF;derivative material;carbon material;strategy selection;structural modulation㊀㊀㊀收稿日期:2023-04-28㊀㊀基金项目:河南省高等学校重点科研项目计划(23A430016);河南省自然科学基金(232300421332);中国科学院战略性先导科技专项(B 类,XDB44000000-6)㊀㊀作者简介:郭容男(1987 ),女,陕西省人,博士,讲师㊂E-mail:guorn@0㊀引㊀㊀言超级电容器因具有功率密度高㊁充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注㊂超级电容器根据储能原理分为电化学双层电容器(electrical double-layer capacitor,EDLC)㊁法拉第赝电容器和混合型超级电容器㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1923㊀三类,其充放电机理如图1所示㊂其中,EDLC充电时,通过极化电极吸引电解质中的阴阳离子在电极/电解质界面聚集并形成电势差,使其达到储能要求;法拉第赝电容器则是通过电极在外加电场中极化后,电解质中的阴阳离子被吸引到电极附近,在电极表面发生界面反应,在电极内部和电解质中发生体相反应,界面反应和体相反应使大量的电荷储存在电极上,从而实现储能目的;混合型超级电容器的负极通常以EDLC储能原理储能,正极为法拉第赝电容器,通过氧化还原反应进行储能,从而获得更宽的电势窗口,电化学性能得到提升㊂优异的电极材料可使超级电容器具有出色的功率密度㊁循环性能和能量密度㊂电极材料的优劣主要通过其比表面积㊁孔结构㊁活性位点和导电性进行评判[1]㊂金属有机骨架(metal-organic framworks,MOFs)是一种是由金属离子或金属簇和有机配体通过二价或多价配位键构建的三维结构,由于其具有比表面积高(1000~10000m2/g)和孔分布均匀(5~10nm)等优点[2],被广泛应用于吸附[3]㊁催化[4]与传感[5]等领域㊂但是较差的导电性和结构稳定性,限制了其在超级电容器中的应用㊂为此,研究人员以MOFs作为牺牲模板制得MOFs衍生物,MOFs衍生物作为超级电容器的电极材料时,比原生MOFs具有更优异的电化学性能,这主要得益于MOFs衍生物保留了原生MOFs丰富的孔结构和大的比表面积,同时拥有更稳定的结构和更快的载流子传输速度㊂相比普通的MOFs衍生物,纳米MOFs衍生物具有更为特殊的结构和各组分间的协同作用,其构建的超级电容器可以实现快速㊁稳定和高效的电荷储存[6]㊂本文总结了近年来MOFs衍生的纳米材料在超级电容器电极中的应用,详细阐述了策略选择和结构调制对其孔结构㊁载流子传输动力学㊁电化学性能㊁结构稳定性及机械性能的影响,为超级电容器用MOFs衍生纳米材料的研究提供指导㊂图1㊀超级电容器的分类及其充放电机理示意图[7]Fig.1㊀Classification of supercapacitors and their schematic illustration of charge-discharge mechanism[7]1㊀MOFs衍生纳米碳材料纳米多孔碳材料因其高比表面积㊁良好的导电性被广泛应用到EDLC[7]中(见图1)㊂以MOFs作为牺牲模板制备的纳米多孔碳(nano porous carbons,NPCs)保留了原生MOFs的多孔结构,故NPCs具有有序多孔网络结构,广泛作为超级电容器电极[8]㊂NPCs通常通过高温热解直接碳化获得㊂Zhuang等[9]在氩气气氛下高温碳化MIL-100(Fe)纳米颗粒,获得了具有高度石墨化的中空碳多面体(HCPs)㊂HCPs继承了原生铁基MOF的分级孔隙结构,故离子迁移速率快㊂当电流密度为50A/g时,HCPs超级电容器经过5000次充放电循环后,电容仍保持在较高水平㊂虽然NPCs可以继承原生MOFs的孔结构,但是碳化过程可能导致金属纳米颗粒在微孔为主的多孔结构中扩散和不可逆聚集,影响载流子在电极内部的吸附㊁反应㊁缓冲及通过[10]㊂Shang等[11]通过介孔二氧化硅保护煅烧,获得分散良好的ZIF衍生Co和N掺杂碳纳米框架Co,N-CNF㊂如图2(a)所示,以正硅酸四乙酯和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为孔导向剂,将mSiO2壳均匀涂覆在ZIF表面,进行高温热解,最后通过蚀刻去除mSiO2壳㊂mSiO2壳能有效防止Co,N-CNF纳米颗粒聚集和融合,故所得Co,N-CNF纳米结构具有清晰的分级孔结构㊁高比表面积(1170m2/g)和高累积孔体积(1.52m3/g)㊂结构调制赋予Co,N-CNF优越的孔结构和比表面积,保障了载流子在电极内部的活动和快速迁移,使超级电容器表现出优异的电化学1924㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷性能㊂MOFs碳化时的反应温度也至关重要㊂Yao等[12]将Zn基MOF在不同碳化温度(即850㊁950和1050ħ)下进行处理,得到MOF衍生的纳米多孔碳(MOF-NPC,分别表示为MNC850㊁MNC950和MNP1050)㊂研究表明,高温有利于增加纳米多孔碳的石墨化程度和导电性,但过高的温度会导致结构破坏,影响其稳定性和电化学性能(见图2(b)~(d))㊂NPCs材料通常亲水性较差,而N元素的引入有效改善了其在水性电解质中的润湿性㊂同时,N掺杂的NPCs具有更优秀的电催化活性㊂Zhu等[13]以ZIF-67为前驱体,在800ħ下碳化2h获得具有丰富孔结构的Co修饰氮掺杂多孔碳(Co-NPC),再进行磷化得到CoP修饰氮掺杂多孔碳(CoP-NPC)㊂最后将CoP-NPC锚定在还原氧化石墨烯片上获得超级电容器用复合材料(CoP-NPC/RGO)㊂由于CoP-NPC/RGO的3D互连多孔结构,CoP与氮掺杂碳基体之间的协同效应,故制备的超级电容器在1和20A/g的电流密度下,比电容高达466.6和252.0F/g㊂Fang等[14]以尿素为外加氮源,在氮气气氛下热解Zn-bioMOFs,获得了具有手风琴状分层结构的N掺杂类石墨烯碳纳米片(H-NCNs)㊂通过改变尿素用量,调节H-NCNs的氮掺杂程度和孔隙率,提升H-NCNs组装成超级电容器的比电容㊁倍率性能和能量密度㊂图2㊀mSiO2保护煅烧法合成Co,N-CNF过程[11](a)及Zn基MOF不同碳化温度产物MNC850(b)㊁MNC950(c)和MNC1050(d)的SEM照片[12]Fig.2㊀Synthetic procedure of the Co,N-CNF by the mSiO2protected calcination strategy[11]㊀(a)and SEM images ofMNC850(b),MNC950(c)and MNC1050(d)[12]聚合物和表面活性剂等也可调控MOFs衍生NPCs的结构㊂聚合物可作为MOFs衍生纳米多孔碳的结构导向剂和碳源㊂Wang等[15]以聚多巴胺(PDA)为ZIF-8NP的涂层材料,制备中空结构的氮掺杂碳(NC)㊂热解过程中,PDA层为ZIF-8 向外 拉动提供了驱动力,同时ZIF-8体积减小,形成中空结构㊂阴离子表面活性剂(如十二烷基硫酸钠)㊁阳离子表面活性剂(如CTAB)和非离子表面活性剂等也被广泛用于控制MOFs 衍生物的形态和大小[16]㊂SiO2㊁聚合物或表面活性剂在MOFs表面形成壳,诱导MOFs生长为中孔㊁中空㊁蛋黄壳㊁多维中空或多孔结构的MOF衍生纳米多孔碳㊂尽管聚合物和表面活性剂优化了NPCs的结构,提高了NPCs的电化学性能,但这些策略也存在一些问题,例如SiO2辅助策略需要清除模板,步骤繁多㊁条件苛刻;聚合物辅助仅限于一些特定环境中;表面活性剂易引入杂原子等㊂故研究人员通过声化学[17]㊁盐模板[18]和有机化学蚀刻[19]等方法调制MOFs衍生的纳米多孔碳的结构,但是这些策略目前只用于特殊种类的MOFs㊂此外,研究人员还提出了利用零维材料和MOFs复合制备衍生纳米多孔碳,以期进一步提高超级电容器的电化学性能㊂Tang等[20]使用内部支持策略将零维石墨烯量子点(GQD)作为MOFs刚性支架,获得了高效的MOFs衍生纳米碳材料(GMPC)㊂高度结晶的GQD降低了衍生NPCs的缺陷密度,并构建了内部导电网络㊂当GQD和对苯二甲酸的质量比为0.35时,GMPC获得了优异的比表面积和导电率㊂这种多维耦合内㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1925㊀部支持策略显著提高了超级电容器的电化学性能㊂表1总结了其他高效MOFs衍生纳米碳材料及其复合材料的结构调制策略,以及调制后的表面形貌和电化学性能,为后续通过结构调制提升电极电化学性能和开发新策略提供帮助㊂表1㊀超级电容器电极材料用部分高效MOFs衍生纳米碳材料Table1㊀Some highly efficient MOF-derived nano-carbon materials for supercapacitor electrodes电极材料形貌制备策略或方法比表面积/(m2㊃g-1)电解液电流密度/(A㊃g-1)比电容/(F㊃g-1) HC-40-4[21]分级纳米结构碳化2837EMIMBF40.5206 Mn@ZnO/CNF[22]多孔十二面体碳化 6mol/L KOH1501Ni/Co-MOF-NPC-2ʒ1[23]空心微球纳米棒碳化1135ʃ272mol/L KOH11214N-NPC-850[24]互联微孔碳化12446mol/L KOH1479UT-CNS[25]超薄纳米片自底向上合成1535.246mol/L KOH0.5347 MOF525-NC1.35[26]立方体碳化和酸化7861mol/L H2SO42425HZC-2M-2h[27]中空十二面体葡萄糖辅助水热7456mol/L KOH0.5220NiO x@NPC[28]立方结构溶剂热15236mol/L KOH1534NGCA[29]蜂窝状干法冷冻和连续高温10856mol/L KOH1244DUT-5-CN[30]二维纳米结构煅烧415.26mol/L KOH0.5100 Zn/Co-MOF-NPC[31]分级多孔结构煅烧和酸洗11376mol/L KOH0.5270Ni-Fe-O/NPC@PCNFs-400[32]四面体纳米棒自模板MOF合成52.953mol/L KOH11419 ZIF-8-NC/rGO[33]碳纳米纸煅烧和酸浸489.36mol/L KOH1280C-S-900[34]三维分层海绵一步热解法1356.36mol/L KOH20226HZ-NPC[35]多面体结构高温碳化约2026mol/L KOH2545 CTAs@NCBs-700(T)[36]纳米棒阵列乙醇原位催化蒸发9051mol/L H2SO41mA/cm2244㊀㊀注:参考文献22㊁24㊁33㊁34的材料采用双电极体系进行电化学性能测试,其余材料测试均采用三电极体系㊂2㊀其他MOFs衍生的纳米材料基于金属氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物及磷化物构建的赝电容超级电容器(见图1(b))在充放电过程中主要通过氧化还原反应进行能量储存,故这些材料比NPCs构筑的超级电容器具有更高的能量密度㊂因此研究人员以MOFs为牺牲模板,合成了MOFs衍生的氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物和磷化物㊂这些MOFs衍生的纳米材料继承了原生MOFs的有序孔道结构,作为超级电容器的电极材料时,具有更优异的电化学性能㊂其与NPCs组成的非对称超级电容器以及使用单一材料的对称超级电容器相比,拥有更宽的工作电压窗口㊁更高的能量密度以及更优越的循环稳定性[37]㊂Li等[38]向ZIF-67中添加适当比例的钴和镍离子,制备了衍生自双金属咪唑骨架的化合物空心NiCo2O4和片状Co3O4/NiCo2O4,得益于其独特的片状结构以及镍钴两种金属元素的协同作用,Co3O4/NiCo2O4电极在0.5A/g的电流密度下显示出846F/g的高比电容㊂具有丰富活性位点和独特结构的层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)展现出超高理论电容,故LDHs成为混合超级电容器(hybrid supercapacitor,HSC)的理想电极材料之一㊂然而,当一些环境条件发生变化时,离子之间的相互作用增强,导致LDHs团聚,影响了载流子的储存㊁交换和释放[39],影响了LDHs超级电容器的电化学性能㊂为了缓解LDHs的团聚,研究人员利用MOFs和LDHs制得了MOFs衍生的纳米层状氢氧化物(MOFs-LDHs)㊂Zhang等[40]在MOF的分级结构中原位蚀刻/电沉积,构建了界面扩散电极HKUST-1@CoNiLDH(见图3(a))㊂在1A/g的电流密度下,其比电容为297.23mA㊃h/g㊂HKUST-1@CoNiLDH 与活性炭阳极制成的HSC具有相当可观的能量密度和功率密度(39.8W㊃h/kg和799.9W/kg)㊂Hu等[41]使用电化学阴离子交换方法控制MOFs的水解,合成了多孔Ni/Co氢氧化物纳米片㊂电化学阴离子交换后, MOFs纳米片的有机配体可以循环再利用㊂当NiʒCo的摩尔比为7ʒ3时,多孔Ni/Co氢氧化物电极的能量密度和功率密度高达74.7W㊃h/kg和5990.6W/kg,经过8000次充放电循环后仍具有较高电容保持率㊂在电化学阴离子交换方法控制MOFs水解策略中,可循环利用的有机配体降低了电极的制备成本,这种结构调制方法为后续制备成本更低和更环保的电极材料提供了参考㊂除了MOFs衍生的氧化物和LDHs被广泛作为超级电容器电极,MOFs衍生的硫化物也受到了较多的关注㊂MOFs衍生的硫化物比MOFs衍生的氧化物和LDHs的结构更灵活,与过渡金属之间的配位能力更好㊂1926㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷Acharya等[42]采用MOFs介导硫化合成了瘤状Ni-Co-S纳米材料,并将中空和多孔NiMoO4纳米管集成到rGO 涂覆的泡沫镍上,制备了NiMoO4@Ni-Co-S超级电容器电极材料㊂经过硫化和刻蚀后,NiMoO4@Ni-Co-S电极独特的开放框架和管状结构极大缩短了载流子迁移路径,促进了复合电极的法拉第反应速率㊂在2mol/L 的KOH电解质中,1A/g的电流密度下,获得了318mA㊃h/g的高比容量;经过10000次充放电循环后,初始电容保持率仍高达88.87%,展现了其优异的循环性能㊂磷化物自然丰度高㊁环境友好㊁价格低廉㊂MOFs衍生的金属磷化物纳米材料用作超级电容器电极时,由于多组分的协同作用,增强了电极材料的电导率㊁氧化还原反应动力学和循环性能[43]㊂He等[44]通过水热法实现了层状砖堆叠NiCo-MOF组件的局部磷化,制备了由镍/钴MOF(NiCo-MOF)和磷化物(NiCoP)组成的功能异质结构(NiCoP-MOF)㊂NiCoP-MOF中P-O可以有效防止NiCoP晶体在离子储存和交换时被破坏,赋予了NiCoP-MOF极佳的结构稳定性㊂以其制备的超级电容器的比电容㊁能量密度和功率密度远优于NiCo-MOF㊂Chhetri等[45]通过核-壳静电纺丝技术制备了中空碳纳米纤维(HCNF),然后进行连续稳定和碳化㊂在HCNF内外合成了双金属MOF(Ni和Fe基),并通过磷化转化为双金属磷化物(Ni-Fe-P)㊂HCNF独特的高孔隙率和中空通道,极大提升了电解质离子/电子的传输速率㊂故(Ni-Fe)-P-C@HCNFs电极展现出优异的电化学性能㊂图3㊀HKUST-1@CoNiLDH[40](a)和MOF/MXene/NF[46](b)基电极的合成示意图Fig.3㊀Schematic illustration of synthesis process of HKUST-1@CoNiLDH(a)[40]and MOF/MXene/NF(b)based electrodes[46]尽管MOFs衍生的金属氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物和磷化物等纳米材料展现出了优异的电化学性能,但是这些衍生物仍存在金属离子与有机配体之间的弱配位键和不稳定性㊁活性位点利用率低以及晶格失配等诸多问题,导致在储能领域的应用受到了诸多限制㊂针对这些问题,研究人员使用不同的合成策略和结构调制方法开发了MOFs衍生的多元材料和复合材料㊂通过不同元素之间的协同作用和更高效的纳米结构来改善电极材料的电化学性能[47]㊂Li等[48]使用电沉积和CVD制备了阵列结构材料㊂在MOF-CVD过程中,树状阵列之间的自由空间有效缓解了体积膨胀,保证了阵列结构的结构完整性和稳定性㊂在20A/g的高电流密度下,比电容高达368F/g;在经过10000次循环后,电容保持率高达95.9%㊂此外,可利用界面工程构建异质纳米结构,调整混合MOFs衍生纳米材料和其他材料形态,提高超级电容器的电化学性能[49]㊂Yang等[46]通过温度控制退火工艺在泡沫镍(NF)(即MOF/MXene/NF)上制备Ni-MOF/V2CTx-MXene-300复合材料㊂随后在不改变晶体结构的情况下,构建了分级多孔纳米棒复合材料㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1927㊀的异质结构(见图3(b))㊂其构建的异质结结构与活性炭/NF作为阳极组成的超级电容器的能量密度和功率密度分别为46.3W㊃h/kg和746.8W/kg,循环15000次后,初始容量保持率高达118.1%,这得益于Ni O V键的界面相互作用可以有效地调节组件的电子结构,增强电子传导性和反应性㊂MOFs衍生超级电容器电极材料的合成策略主要包括模板碳化策略㊁表面修饰策略㊁衍生金属化合物策略等㊂在模板碳化策略中,将MOFs直接高温热解或水热处理生成碳骨架,这种方法可以获得具有高比表面积的和多孔结构的碳材料[50]㊂在表面修饰策略中,通过一些化学修饰将纳米颗粒引入到MOFs的表面或内部,改善MOFs的电化学性能和储能性能[51-52]㊂在衍生金属化合物策略中,将MOFs衍生成金属氧化物㊁双层氢氧化物㊁金属磷化物以及金属硫化物,这些金属化合物具有优异的电化学活性,是超级电容器电极极具潜力的材料[53-54]㊂值得注意的是,具体的合成策略可能会根据具体的MOFs材料和应用需求而有所差异,在设计和合成过程中,需要综合考虑材料的电化学性能㊁稳定性和成本等因素㊂结构调制在MOFs衍生超级电容器电极材料的合成过程中也十分重要,其中经结构调制后的MOFs衍生的多元材料和复合材料所展现的电化学性能尤为突出㊂Pathak等[55]通过同轴静电纺丝合成了具有足够柔韧性㊁导电性和高度功能化的含有中空碳纳米纤维(MXHCNF)的MXenes,并在MXHCNF内外装饰聚吡咯层得到PPy@MXHCNF㊂PPy@MXHCNF作为独立电极的高效基底,均匀生长了ZnCoMOF㊂该材料作为超级电容器电极(ZCO@PPy@MXHCNF)时,在1A/g的电流密度下具有1567.5F/g的超高比电容㊂ZCO@PPy@MXHCNF 电极的高比电容主要源于其独特的三层结构形态学㊁自行设计的高效基底以及双金属MOFs提供的协同作用㊂当前不同种类材料的耦合受到了研究人员的广泛关注,在超级电容器的电极设计方面,电极材料之间的协同作用可提升离子载流子传输动力学㊁结构稳定性以及电容性能等[56-57]㊂Jayakumar等[58]将MOF衍生的双金属氧化物与石墨烯3D水凝胶耦合,通过连续且多孔的石墨烯导电网络实现了2870.8F/g的高比电容㊂Shao等[59]在UiO-66的孔中生长聚苯胺分子链(PANI/UiO-66),形成固定的互穿网络结构㊂PANI/UiO-66通过多种协同作用增强了其电导率和电化学性能,以其为电极材料制备的柔性超级电容器在800个180ʎ的弯曲周期后,其性能仅下降10%,这种柔性超级电容器在储能装置中显示出了巨大的潜力㊂3㊀结语与展望本文综述了目前MOFs衍生碳材料㊁氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物以及磷化物作为高效超级电容器电极材料的研究进展,概括和总结了目前超级电容器电极用MOFs衍生材料的合成策略和结构调制方法㊂在孔结构的设计中,微孔用于EDLC载流子的吸附和赝电容的体相反应,介孔用于载流子的交换,大孔主要用于载流子的储存扩散㊂通过结构调制调整MOFs衍生材料的结构尺寸㊁孔隙率和载流子通道对提高超级电容器的电化学性能至关重要㊂尽管目前MOFs衍生物具有高比电容㊁高功率密度㊁快充放电及长循环寿命等优异的超级电容行为,但后续电极材料的开发仍存在合成策略选择的多样性㊁结构调制不确定性和不稳定性㊁合成过程消耗能量大,以及环境问题等,限制了其在超级电容器中的商业化应用㊂为了进一步提高超级电容器用MOFs衍生材料的电化学性能,促进超级电容器的商业化,需从以下几个方面进行进一步的探究㊂对于MOFs衍生碳材料,可将其与杂原子进行掺杂,在原子水平上调节材料的原子/分子结构,通过改变材料的电子结构来提高超级电容器的性能㊂此外,进一步深入研究MOFs衍生碳材料的储能机理㊂通过先进的表征方法获得其在循环过程中的形貌㊁价态㊁结构和组分变化,建立研究模型,通过计算机模拟手段对其建立材料模型以及材料数据库,并结合机器学习和大数据模型对材料进行更直观的表达和预测㊂对于MOFs衍生氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物以及磷化物纳米材料,首先可通过不同过渡金属离子与配体结合,构建新型拓扑结构的原生MOFs,再通过硫化或磷化调节组分活性,提升MOFs衍生纳米电极材料电容特性和结构稳定性㊂其次,尝试MOFs衍生的多元材料与不同维度㊁不同种类以及不同特性的材料耦合,提升电化学性能和机械性能㊂最后MOFs衍生的多元材料在复合时存在缺陷和引入杂原子等问题,故需系统研究异质原子掺杂量和位错缺陷浓度之间的关系,并深入探究位错缺陷浓度对电极材料的导电性㊁电化学活性以及结构稳定性的影响㊂此外,MOFs衍生氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物㊁磷化物和其复合所得的材料在不同电解质中电容表现不同,故需通过合理匹配电极和电解质,降低电极在循环过程中的衰变㊂1928㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷参考文献[1]㊀XU 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超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展
超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展3陈光铧,徐建华,杨亚杰,蒋亚东,葛 萌(电子科技大学光电信息学院,成都610051)摘要 有机导电聚合物是一类重要的超级电容器电极材料。
有机聚合物掺杂状态下,因具有共轭结构,从而提高了电子的离域性,对外表现可以导电。
根据掺杂类型和组合的不同,超级电容器有机聚合物电极可分为3种基本类型。
阐述了有机聚合物电极的导电原理和分类,介绍了有机聚合物电极的研究现状和发展趋势。
关键词 电化学超级电容器 导电聚合物 聚苯胺 聚噻吩 混合类型电容器 全固态超级电容器Progress in Research on Conductive Polymer Elect rode Materials for SupercapacitorsC H EN Guanghua ,XU Jianhua ,YAN G Yajie ,J IAN G Yadong ,GE Meng(College of Opto 2electronic Information ,University of Electronic Science and Technology of China ,Chengdu 610051)Abstract Conducting polymer is a kind of important supercapacitor electrode materials.The electronic deloca 2lization of polymer will be enhanced for the conjugate structure in doped state.Conducting polymers are divided into three kinds of basic types according to the kind of doping and association.The principle and classification of the con 2ducting polymer are introduced.Recent progress in research and development on conducting polymer electrode mate 2rials for supercapacitors is reviewed.K ey w ords electrochemical supercapacitor ,conducting polymer ,polyaniline ,polythiophene ,hybrid capacitor ,all 2solid 2state electrochemical supercapacitor 3国家自然科学基金(60771044);电子薄膜与集成器件国家重点实验室开放课题(KFJJ 200806) 陈光铧:男,1984年生,硕士,研究方向为有机高分子材料及器件 Tel :028********* E 2mail :ghchen4@ 徐建华:男,1966年生,教授,主要从事有机电子材料及器件研究 Tel :028********* E 2mail :xujh9913@0 引言超级电容器是一种性能介于电池与传统电容器之间的新型储能器件,具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点,有着广阔的应用前景,如可用于便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源及应急后备电源等。
非对称型超级电容器的研究新进展
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
2.2 双电层电容器与赝电容器
赝电容据过程不同可分为三类：低电势沉积电容、氧化还原赝电容及离子嵌入型电容。
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
2.3 电容式非对称超级电容器与混合电容器
电池、电容式非对称超级电容器和混合电容器的典型 CV和GCD曲线示意图
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
非对称型超级电容器的研究新进展
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
1、超级电容器的历史发展历程
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
2.超级电容器的基础知识
超级电容器
对称型双电层电容器
静电作用（ helmholtz双电层 ）储能
对称型赝电容器
电化学作用储能
活性炭
碳气凝胶
5、基于双电层电容的非对称超级电容器
用EMI-TFSI和EMI-BF4（20%）的混合物组装的电容器
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
6、氧化还原活性电解质基混合电容器
电荷存储示意图及候选氧化还原电对的氧化还原电位
CV曲线和ห้องสมุดไป่ตู้同系统的GCD曲线
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
7、双氧化还原活性电解质基混合电容器
具有两种氧化还原活性物质的离子液体电解质，当用于非对称超级电容器时能 够显著改善电荷存储，提高电容。
绿色化学介质与反应教育部重点实验室
非对称超级电容器的未来发展目标是在不损害高功率密度的情况下提高能量密度 。不同法拉第电容材料的组合应该是一种可行的方法，但仍需要更深入地了解其协同 相互作用以确保优化的电容性能。 一些未来的研究发展方向： • • • • • • 进一步研究和理解电荷存储机制（双电层电容和赝电容）； 寻找新材料，开发具有更强电化学性能的先进非对称超级电容器； 非对称超级电容器中电解质性能的优化； 利用先进技术（如SANS、SAXS等）和原位实验（如原位X射线衍射等）研究双电
3D打印制备微型超级电容器的研究进展
3D打印制备微型超级电容器的研究进展目录1. 内容概述 (3)1.1 超级电容器简介 (3)1.2 3D打印技术概述 (4)2. 3D打印制备超级电容器的优势 (5)2.1 微米尺度制造 (6)2.2 复杂结构设计 (7)2.3 材料的多样性 (8)3. 3D打印超级电容器的结构设计 (9)3.1 电极材料和结构设计 (11)3.1.1 碳基材料 (12)3.1.2 金属氧化物 (14)3.1.3 混合材料 (15)3.2 电解质设计 (16)3.3 集流体设计 (18)3.4 一体化结构设计 (19)4. 3D打印超级电容器的材料研究 (20)4.1 活性材料 (22)4.1.1 碳纳米材料 (24)4.1.2 金属氧化物纳米材料 (25)4.2 电解质材料 (26)4.2.1 传统的液态电解质 (27)4.2.2 非传统电解质 (29)5. 3D打印超级电容器的制造工艺 (30)5.1 常用的3D打印工艺 (31)5.2 印刷参数优化 (33)6. 3D打印超级电容器的性能测试 (34)6.1 电化学性能测试 (36)6.1.1 电容、功率密度、能量密度 (37)6.1.2 电荷放电曲线、循环寿命 (39)6.2 结构和形貌表征 (41)6.2.1 扫描电镜 (42)6.2.2 透射电子镜 (43)6.3 其他性能测试 (44)7. 3D打印微型超级电容器的应用 (45)7.1 微电子器件 (47)7.2 储能设备 (48)7.3 生物医疗应用 (49)8. 挑战与展望 (51)1. 内容概述随着科技的飞速发展，3D打印技术在各个领域的应用日益广泛，尤其在材料制备方面展现出了巨大的潜力。
在微型超级电容器的研究领域，3D打印技术同样扮演着越来越重要的角色。
本综述旨在系统地回顾和分析3D打印制备微型超级电容器的相关研究进展，包括材料的选取、打印技术的选择、电容器性能的优化等方面。
我们将介绍微型超级电容器的重要性及其在能源存储领域的应用前景。
超级电容器的电极材料的研究进展
超级电容器的电极材料的研究进展一、本文概述随着科技的不断进步和新能源领域的飞速发展，超级电容器作为一种高效、快速储能器件，已逐渐引起科研工作者和工业界的广泛关注。
作为超级电容器的核心组件，电极材料的性能直接影响着超级电容器的电化学性能和实际应用效果。
研究和开发高性能的电极材料对于提升超级电容器的整体性能、推动其在新能源领域的应用具有十分重要的意义。
本文旨在对超级电容器的电极材料的研究进展进行全面的梳理和综述。
文章首先介绍了超级电容器的基本原理和电极材料在其中的作用，然后重点阐述了当前常用的电极材料类型，包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，并分析了它们各自的优势和存在的问题。
接着，文章综述了近年来在电极材料研究方面取得的重要突破和进展，包括材料结构设计、复合材料的开发、表面改性等方面的研究。
文章对超级电容器电极材料的研究趋势和未来发展方向进行了展望，以期为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
二、超级电容器概述超级电容器（Supercapacitor），亦称为电化学电容器（Electrochemical Capacitor），是一种介于传统电容器和电池之间的储能器件。
其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命以及良好的环境适应性等特点，因此在能源储存和转换领域引起了广泛关注。
超级电容器的储能原理主要基于电极材料表面和近表面的快速、可逆的法拉第氧化还原反应或非法拉第的静电吸附过程。
相比于传统电容器，超级电容器能够提供更高的能量密度而相较于电池，它又具备更高的功率密度和更快的充放电速度。
这些独特的性能使得超级电容器在电动汽车、可再生能源系统、移动通讯、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
超级电容器的电极材料是其性能的决定性因素。
理想的电极材料应具备高比表面积、高电导率、良好的化学稳定性和环境友好性等特点。
目前，研究者们已经开发出多种类型的电极材料，包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等。
这些材料各有优势，但也存在一些问题，如比能量低、循环稳定性差等。
超级电容器储能技术的研究进展
超级电容器储能技术的研究进展近年来，随着全球对环境保护和可再生能源的需求不断增加，新能源的发展和利用越来越受到人们的关注和重视。
而在新能源领域中，储能技术的发展和应用，尤其是超级电容器储能技术的研究进展备受关注。
本文将从超级电容器的基本原理、研究进展、应用前景等几个方面来探究超级电容器储能技术的发展现状。
一、超级电容器的基本原理超级电容器，又称为超级电容、超级电容器储能系统，它是一种电化学能量储存设备。
与传统的电池储能技术相比，超级电容器具有以下特点：1.快速充放电2.长寿命、高效率3.相对稳定、环保超级电容器的基本原理是利用电化学纳米材料，通过静电作用将电荷储存起来，当需要将电荷释放出来时，便可以通过导电介质让电荷流动，从而实现能量的释放。
相较于传统的储能技术，超级电容器具有能量密度高、功率密度大、寿命长等优点，因此在储能领域中应用前景广阔。
二、超级电容器的研究进展自从1991年美国学者John B. Goodenough发明了第一款超级电容器之后，超级电容器的研究引起了学术界和产业界的广泛关注。
目前，关于超级电容器储能技术的研究主要分为以下几个方面：1.纳米材料的研发超级电容器的储能效果与其所采用的纳米材料密切相关。
因此，纳米材料的研发一直是超级电容器研究的热点和难点。
目前，人们已经研发出了许多种不同的纳米材料，如活性炭、纳米氧化铁、氧化钨等。
这些纳米材料不仅具有高电导率和高比表面积等特点，而且通过改变其结构和组成，可以进一步提高超级电容器的储能效果，使其具有更强的适应性和可扩展性。
2.电极设计的优化超级电容器的电极设计直接影响着其储能效果和循环寿命。
因此，优化电极的设计也是超级电容器研究的重点之一。
目前，已经有许多学者提出了各种各样的电极设计方案，如多孔电极、导电聚合物电极、3D网络结构电极等。
这些电极设计的创新，可以有效提高超级电容器的储能性能和稳定性。
3.应用研究除了对超级电容器本身的研究外，还有很多学者将超级电容器技术应用于不同领域，如能源储备、汽车动力、风、光伏等新能源领域。
电化学超级电容器电极材料研究进展
３ ． 黑龙江省科学院 ， 哈尔 滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ； ４ ． 黑龙江省科学院高技术研究院 ， 哈 尔 滨 １ ５ ０ ０ ２ ０ ） 摘要 ： 电化 学超 级 电容 器是 一 种 不 同 于 电池 和 传 统 电容 器 的 新 型储 能 器 件 ， 它是 一 种 高 效 、 清 洁 的 能 源 。 主要 介 绍 了
（ １ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆＨ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｉ ｆ ａ ｎ ｇＡ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙｏ ｆＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ８ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｐ ｈ ａ ｒ ｍ ａ ｃ ｅ ｕ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｐ ｈ ａ ｒ ａｃ ｍ ｅ ｕ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ８ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｉ ｆ ａ ｎ ｇ Ａ ｃ ａ ｅｍ ｄ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ４ ． Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｉ ｆ ａ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ Ａ ｃ ａ ｅｍ ｄ ｙ ｆＳ ｏ ｃ ｉ ｅ ｃｅ ｎ ｓ Ｈ ｉ ｇ ｈ—ｔ ｅ ｃ ｈ Ｉ ｓｔ ｎ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ ， １ ５ ０ ０ ２ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
超级电容器用多孔碳材料的研究进展
展望
比表面积与孔分布：向着提高有效比表面积和可控微孔孔径的方向发展。 表面性能、比容量与稳定性：表面官能有一个合适的比例；须开发新的活性碳原料、活化技术。 比表面积与内阻：从材料本身结构出发。
谢 谢！
碳凝胶材料性能
质轻、大比表面积、中孔发达、导电性良好、电化学性能稳定的纳米级的中孔碳材料。 孔隙率达80％～90％，孔径3～20nm，比表面积400～1100m2/g，密度范围0.03～0.8g/cm3，电导率10～25S/cm。 克服使用活性碳粉末和纤维作电极时存在的内部接触电阻大，含有大量不能被电解液浸入的微孔，比表面积得不到充分利用的问题，是制备高比能量、高比功率电化学电容器的理想电极材料。
能量存储装置比较
元器件
比能量 Wh/kg
比功率 W/kg
充放电次数
普通电容器
<0.2
104~106
&g~104
>105
充电电池
20~200
<500
<104
超级电容器以及电极材料分类
双电层电容器（EDLC） 法拉第准电容器 混合类型电容器 碳素材料：成功商业化，性价比高。 金属氧化物材料：RuO2为主，导电性好，比容量大，循环寿命长，价格高，污染。 导电聚合物材料：工作电压高但电阻大 。 杂多酸：具有固体电解质的优点，使用方便。
表面特性对性能影响
A．Yoshida等研究结果表明，随着ACF表面含氧官能团含量的增加，电容器的表观漏电流增加。K．Hiratsuka等研究发现碳电极表面氧含量越多的，容量降低也越多。 X.Liu在研究发现，经过电化学氧化处理后碳电极容量从135F/g增加到171F/g，氧化处理后进行还原处理，容量增加更明显，增加到215F/g。认为主要是由于碳材料氧化后表面含氧官能团含量增加而引起的。 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度出发，希望活性碳材料表面的官能团有一个合适的比例。
超级电容器研究进展
超级电容器研究进展XXX摘要：超级电容器是一种介于化学电池与普通电容器之间的新型储能装置。
本文主要介绍了超级电容器的原理、电极材料和电解质研究进展。
关键词：超级电容器电极材料电解质Research Progress of Super CapacitorAbstract：Super capacitor is a new energy storage device between battery and conventional capacitor. In this paper, super capacitor’s principle,research progress on electrode materials and electrolytes were introduced.Key Word: super capacitor electrode materials electrolytes1 引言超级电容器是最近几十年来，国内外发展起来的一种新型储能装置，又被称为电化学电容器。
超级电容器兼具有静电电容器和蓄电池二者优点。
它既具有普通静电电容器那样出色的放电功率，又具备蓄电池那样优良的储备电荷能力。
与普通静电电容器相比较，超级电容器具有法拉级别的超大电容、非常高的能量密度和较宽的工作温度区间[1-3]。
此外由于超级电容器材料无毒[4]、无需维护，有极长的循环充放电寿命,可作为一种绿色环保、性能优异的的储能装备在便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源等[5]方面有着广泛的应用前景。
超级电容器从出现到成熟，经历漫长的发展过程。
当今世界，越来越多的科研机构和商业公司致力于超级电容器的研制与开发工作。
美国、日本、俄罗斯超级电容器界的三大巨头，其产品几乎占据了超级电容器市场的绝大部分。
与这些超级电容强国相比，我国超级电容器研发工作起步晚，发展快，如今已初具规模，并渐趋成熟，但仍存在一定差距。
2 超级电容器工作原理当前得到大家广泛认可的超级电容器的工作原理主要是双电层电容理论和法拉第准（假）电容理论。
铵离子混合超级电容器电极材料研究进展
第23 卷第 1 期2024 年 3 月宁夏工程技术Vol.23 No.1 Ningxia Engineering Technology Mar. 2024铵离子混合超级电容器电极材料研究进展张新杨，张杰，王佐书，汪德伟*（北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏银川750021 ）摘要：随着社会对能源需求的不断增长和传统能源的消耗，寻找可再生清洁能源已成为当务之急。
铵离子混合电容器作为一种清洁且可持续的解决方案在电能存储领域备受关注。
本文主要综述了铵离子混合电容器的研究进展，包括其优点以及当前存在的问题和挑战。
同时，重点关注了电极材料的研究现状，如锰基氧化物、钒基氧化物、钼基化合物等，并展望了未来的发展方向。
通过对铵离子混合电容器的研究现状进行全面分析，本文旨在为该领域的研究者提供有益的参考和启示。
关键词：清洁能源；超级电容器；铵离子储存；电极材料；电化学储能中图分类号：TQ127.1；TM912 文献标志码：A随着社会对能源的需求愈发增大，以煤炭、石油、天然气为首的传统能源面临着大量的消耗，这导致许多问题的出现，包括能源短缺、气候变化和环境污染等［1］。
鉴于这些问题，寻找可再生的清洁能源已经迫在眉睫。
然而，太阳能、风能等绿色能源具有间歇性、周期不稳定等特点，限制了其发展和应用［2］。
因此，开发可持续的高效储能技术是一种很好的解决方案，而超级电容器被认为是一种清洁且可持续的解决方案［3］。
在可充电电池领域，锂离子电池凭借高能量密度及优越的性能，一直主导着电池行业的发展［4］。
然而，在大规模储能系统中，锂离子电池仍面临许多问题，如正极材料成本高、安全性差、工作温度范围较窄、容量衰减等［5-7］。
此外，其使用的易燃有毒有机电解质也带来了很大的安全隐患［8］。
相比之下，钠离子电池和钾离子电池在低温性能和低成本方面具有优势［9］，但上述问题依然存在，而且钠离子和钾离子的大尺寸使得它们难以插入主体材料以实现与锂离子电池相同的性能［10］。
MEMS
文献标识码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ２ － ０ ８ ７ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） １ ０ － ２ ３ ２ ８ — ０ ３
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ＭＥ ＭＳ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｒ
Ｗ ＡＮＧ Ｃｈ ｕ ａ ｎ － ｄ ｏ ｎ ｇ， Ｓ ＨＩ Ｚｈ ｉ － ｇ ｕ ｏ
Ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅｉ ｎ Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ３ ８ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｓｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｏｒ ｃ ｏｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ， ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ － ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｂ ｙ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａｎ ｔ ａｇ ｅ ｓ ｏ ｆ
超级 电容 器是位于 电池和传统 电容器之 间的一 种性能卓
越 的致 密能源 ， 具有 储存 能量 大 、 质量 轻 、 比容 量大 、 比功率 大、 大 电流放 电性 能好 、 能快 速充 电 、 循环 次数多 、 耐低温 、 免
维护 、低 污染等突 出优点 ，可 以作为独立 电源 或复式 电源使
ＭＥ ＭＳ 超 级 电容 器 研 究 进 展
王传 东， 石 治国
（ 海军驻天津地 区兵器设备军代表室 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ４ ）
摘要 ： 超级 电容器具有储存能 量大、 比功 率大 、 耐低温 、 免维护 、 低污染等 突 出优点 ， 广泛地 应用在启 动、 牵 引动力、 脉冲
金属有机框架材料在超级电容中的研究进展
金属有机框架材料在超级电容中的研究进展超级电容器是一种具有高能量密度、长循环寿命和高功率密度的电化学储能设备。
为了提高超级电容器的性能和减小尺寸，研究人员一直在寻找合适的电极材料。
近年来，金属有机框架材料（MOFs）作为一种新型的电极材料，引起了广泛的关注。
本文将探讨金属有机框架材料在超级电容中的研究进展。
1. 金属有机框架材料的特性金属有机框架材料是由金属离子与有机配体组成的结晶材料。
具有高度可调控性、孔隙结构和大比表面积等特点。
这些特性使得金属有机框架材料在电化学储能领域具备了广阔的应用前景。
2. 金属有机框架材料在超级电容中的应用由于金属有机框架材料具有高度可调控性和大比表面积，可以通过化学修饰来改变其电化学性能。
因此，金属有机框架材料在超级电容中具有良好的应用潜力。
2.1 金属有机框架材料的电容性能金属有机框架材料可以通过调节其孔隙结构和嵌入基团等方式来提高其电容性能。
研究表明，适当的孔隙结构可以增加电荷传导路径，提高电容器的能量密度和功率密度。
同时，嵌入基团可以增强电容材料和电解质之间的相互作用，提高电容器的电化学稳定性。
2.2 金属有机框架材料的电解质吸附性能由于金属有机框架材料具有大比表面积和孔隙结构，可以吸附电解质，提高电容器的电解质吸附性能。
研究表明，通过控制金属有机框架材料的孔隙大小和表面修饰，可以实现对电解质的高效吸附和储存，提高超级电容器的电荷储存密度和循环稳定性。
3. 金属有机框架材料的挑战和展望尽管金属有机框架材料在超级电容中具有广泛的应用前景，但仍存在一些挑战。
例如，金属有机框架材料的合成方法和稳定性需要进一步改进，以满足实际应用的需求。
此外，金属有机框架材料的成本较高，还需要进一步降低成本，提高制备效率。
4. 结论金属有机框架材料作为一种新型的电极材料，具有在超级电容中应用的潜力。
通过调节金属有机框架材料的孔隙结构和嵌入基团，可以提高电容性能和电解质吸附性能。
然而，金属有机框架材料在实际应用中仍面临一些挑战，需要进一步的研究和改进。
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超级电容器的研究进展超级电容器的研究进展摘要：超级电容器是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
近年来，各种新兴材料的发展，为超级电容器电极材料的选取提供了更多的选择条件，促进了超级电容器的快速发展。
本文总结了超级电容器的特点，重点介绍了超级电容器的工作原理、分类以及超级电容器的材料。
并简要展望了超级电容器电极材料的发展方向和前景。
关键词：超级电容器碳电极贵金属氧化物导电聚合物Abstract: Super capacitor is a new type of energy storage device. It has the characteristics of high power density, short charging time, long service life, good temperature characteristics, energy saving and green environmental protection. In recent years, the development of a variety of new materials, for the selection of the super capacitor electrode materials to provide more options to promote the rapid development of the super capacitor. This paper summarizes the characteristics of the super capacitor, and introduces the working principle of the super capacitor, classification and the material of the super capacitor. And briefly discussed the developing direction of super capacitor electrode materials and prospect.Key words: Super capacitor Carbon electrode Precious metal oxide Conducting polymer一、引言超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹（1821～1894）提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器，又叫电化学电容器(ElectrochemcialCapacitor, EC)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。
它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个电容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近[1-5]。
二、研究背景及意义由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重，人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。
已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。
但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等弱点，一直没有很好的解决办法。
而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。
正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。
三、超级电容器工作原理及分类[6、7]超级电容器作为功率补偿和能量存储装置，其储存电量的多少表现为电容F 的大小。
根据电能的储存与转化机理，超级电容器分为双电层电容器(electric double layer capacitors， EDLC) 和法拉第准电容器(又叫赝电容器， pseudo-capacitors)，其中法拉第准电容器又包括金属氧化物电容器和导电高分子电容器。
最近又出现了一种正负极分别采用电池材料和活性炭材料的混合超级电容器。
1、双电层电容器双电层电容器的基本原理是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型电子元件。
是以双电层-双电层(electric double layer)为主要机制，即在充电时，正极和负极的炭材料表面分别吸附相反电荷的离子，电荷保持在炭电极材料与液体电解质的界面双电层中。
这种电容器的储能是通过使电解质溶液进行电化学极化来实现的，并没有产生电化学反应，这种储能过程是可逆的。
双电层电容器主要是由具有高比表面积的电极材料组成，目前主要研究开发了采用碳电极的电化学双电层电容器。
该碳电极主要是由高比表面积的活性炭颗粒制得，以硫酸或到导电型的固体电解质作为电解液，在其使用电位范围内，充电时可得到很大的界面双电层电容。
2、法拉第准电容器法拉第准电容是以准电容-准电容( pseudo-capacitance)为主要机制，在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，正极和负极表面分别以金属氧化物的氧化 /还原反应为基础或以有机半导体聚合物表面掺杂不同电荷的离子为基础，产生与电极充电电位有关的电容。
在相同的电极面积的情况下，容量是双电层电容的 10—100 倍。
3、混合型超级电容器超级电容器又可分为对称型和非对称型，其中正负极材料的电化学储能机理相同或相近的为对称型超级电容器，如碳 /碳双电层电容器和RuO2 /RuO2电容器。
为了进一步提高超级电容器的能量密度，近年来开发出了一种新型的电容器———混合型超级电容器。
在混合型超级电容器中，一极采用传统的电池电极并通过电化学反应来储存和转化能量，另一极则通过双电层来储存能量。
电池电极具有高的能量密度，同时两者结合起来会产生更高的工作电压，因此混合型超级电容器的能量密度远大于双电层电容器。
目前，混合型超级电容器是电容器研究的热点。
在超级电容器的充放电过程中正负极的储能机理不同，因此其具有双电层电容器和电池的双重特征。
混合型超级电容器的充放电速度、功率密度、内阻、循环寿命等性能主要由电池电极决定，同时充放电过程中其电解液体积和电解质浓度会发生改变。
四、超级电容器的特点超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种较佳的储能元件，其巨大的优越性表现为:(1)功率密度高。
超级电容器的内阻很小，而且在电极 /溶液界面和电极材料本体内均能实现电荷的快速储存和释放。
(2)充放电循环寿命长。
超级电容器在充放电过程中没有发生电化学反应，其循环寿命可达万次以上。
(3)充电时间短。
完全充电只需数分钟。
(4) 实现高比功率和高比能量输出。
(5)环境温度对正常使用影响不大。
超级电容器的正常工作温度范围在－35—75℃[8]。
五、超级电容器的电极材料[9-14]根据超级电容器的电极材料的不同 , 超级电容器可分为以下几种: ( 1) 碳电极电容器; ( 2) 贵金属氧化物电极电容器; ( 3) 导电聚合物电容器；（4）复合电极材料1、碳电极碳电极电容器的研究历史比较长。
1962 年 , 标准石油公司( SOHIO)认识到了燃料电池中石墨电极表面双层电容的巨大利用价值 , 并生产出工作电压为 6V 的、以碳材料作为电极的电容器。
该电容器的大小和汽车蓄电池的大小相差不多 , 可以驱动小舟在湖面上行驶十分钟左右。
之后 , 这项技术转让给了日本的NEC 电气公司, 该公司从 1979 年开始就一直生产超级电容器, 并将这项技术应用于电动汽车的电池启动系统, 开始了电化学电容器的大规模的商业应用。
几乎与此同时 , 日本松下公司设计了以活性炭为电极材料, 以有机溶液为电解质的超级电容器。
碳电极电容器的电容大小和电极的极化电位以及电极的比表面积的大小有关 , 故可以通过极化电位的升高和增大电极比表面积的方法达到提高电容大小的目的。
近年来研究主要集中在如何提高碳材料的比表面积、控制碳材料的孔径以及孔径分布 , 并且开发出了许多不同类型的碳材料 , 主要包括: 活性碳粉、活性炭纤维、碳气凝胶和碳纳米管等。
2、贵金属氧化物电极对贵金属氧化物电极电容器的研究 , 主要采用RuO2, IrO2等贵金属氧化物作为电极材料。
由于RuO2电极的导电性比碳电极好 , 电极在硫酸中稳定 , 可以获得更高的比能量, 制备的电容器比碳电极电容器具有更好的性能, 因此具有很好的发展前景, 但是 , 由于贵金属的资源有限、价格昂贵限制了它的使用。
以RuO 2作为电极材料的研究主要集中在电极制备方法上。
RuO 2的制备主要采用热分解氧化RuCl 3·xH 2 O的水溶液或者乙醇溶液( 温度300 ～800 ℃ ) 。
为提高电极的比表面 , 采取了在粗糙的基体材料上或在高比表面的碳纤维表面上制备RuO 2, 制备二元金属氧化物或在低温下制备电极等方法。
据报道, 低成本、高比表面的R-Mo 2N 作为一种新型电极材料, 在碱性电解液中可获得125 F· g-1的比电容及0. 7 V 的开路电压。
3、导电聚合物电极导电聚合物电极电容器作为一种新型的电化学电容器, 具有高性能和比贵金属超级电容器更优越的电性能。
可通过设计选择相应聚合物的结构 , 进一步优选提高聚合物的性能 , 从而提高电容器的性能。
4、复合电极材料碳材料单独作为超级电容器电极材料比电容较小，过渡金属氧化物单独作为超级电容器电极材料结构致密，导电性能差，用导电性能较好的碳素材料复合比电容较大的金属氧化物，如此一来很好的解决了碳电极材料和金属氧化物电极材料相比比电容较小，过渡金属氧化物单独作为超级电容器电极材料结构致密，不利于电解液的浸润，导电性能较差的问题。
郑华均等人静电吸附自组装了CNTs 和不同的过渡金属氧化物制成超级电容器电极测试其电化学性能。
一方面研究了在导电玻璃上逐层自组装 CNTs 和二氧化锰纳米片，解决了二氧化锰作为超级电容器电极材料导电性能差，结构致密的缺点，通过交换 CNTs 和二氧化锰纳米片的排列次序得到的电极材料，通过测试显示出良好的电化学电容器性能；另一方面逐层自组装了 CNTs 和CoOOH 纳米片，通过交换CNTs 和CoOOH 纳米片的排列次序得到的电极材料，当制得ITO/MWCNT/CoOOH排列的电极材料时，比电容达到389 F/g ，并且随着层数的增加，比电容也会随之增加。
六、超级电容器的发展方向和前景超级电容器具有大容量、功率密度高、充放电能力强、循环寿命长、可超低温工作、无污染等许多显著优势，在汽车（特别是电动汽车、混合燃料汽车和特殊载重车辆）、电力、铁路、通讯、国防、消费性电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力。