超级电容器电极材料综述
超级电容器电极材料——活性炭
超级电容器电极材料——活性炭碳材料由于具有成本低､⽐表⾯积⼤､孔隙结构可调､制备电极的⼯艺简单等特点,在研究EDLC的开始,⼈们就考虑使⽤碳材料作为其电极材料｡⽬前,应⽤于 EDLC的碳材料主要有活性炭､碳纳⽶管和炭⽓凝胶｡活性炭(activated carbon,AC)是EDLC使⽤最多的⼀种电极材料,它具有原料丰富､价格低廉､成形性好､电化学稳定性⾼､技术成熟等特点｡活性炭的性质直接影响EDLC的性能,其中最为关键的⼏个因素是活性炭的⽐表⾯积､孔径分布､表⾯官能团和电导率等｡⼀般认为活性炭的⽐表⾯积越⼤,其⽐电容就越⾼,所以通常可以通过使⽤⼤⽐表⾯积的活性炭来获得⾼⽐电容｡但实际情况却复杂得多,⼤量研究表明,活性炭的⽐电容与其⽐表⾯积并不呈线性关系,影响因素众多｡实验表明,清洁⽯墨表⾯的双电层⽐容为 20µF/cm2左右,如果⽤⽐表⾯积为2860m2/g的活性炭作为电极材料,则其理论质量⽐容应该为572F/g,然⽽实际测得的⽐容仅为130F/g,说明总⽐表⾯积中仅有22.7%的⽐表⾯积对⽐容有贡献｡国际纯粹与应⽤化学联合会(IUAPC)将多孔材料的孔隙分为微孔( <2nm)､中孔(2～50nm)和⼤孔(>50nm)三类｡EDLC主要靠电解质离⼦进⼊活性炭的孔隙形成双电层来存储电荷,由于电解质离⼦难以进⼊对⽐表⾯积贡献较⼤的､孔径过⼩的超细微孔,这些微孔对应的表⾯积就成为⽆效表⾯积｡所以除了⽐表⾯积外,孔径分布也是⼀个⾮常重要的参数,⽽且不同电解质所要求的最⼩孔径是不⼀样的｡Gsalirta等研究了⼏种不同孔结构的活性炭在LiCl､NaCl和KCl的⽔溶液及 LiBF4和 Et4NBF4的PC溶液中的双电层电容性能后证实了上述结论｡提⾼活性炭的⽐表⾯积利⽤率,进⽽提⾼其⽐容的有效⽅法是增⼤活性炭的中孔含量｡LeeJniwoo等运⽤模板法制备了⽐表⾯积为1257m2/g的中孔碳,其平均孔径为2.3nm,制成电容器后不论在⽔系还是有机电解质中其⽐容都明显⼤于分⼦筛炭｡另外,D.Y.Qu等的研究表明,增⼤中孔的含量,还可以明显提⾼EDLC的功率密度,因为孔径越⼤,电化学吸附速度越快,这说明孔径较⼤的碳材料能满⾜快速充放电的要求,适合制备⾼功率的电容器｡另外,孔径分布对EDLC的低温容量也有影响,具有更多纳⽶以上孔径的碳电极其低温容量减⼩得更慢｡通过电化学氧化､化学氧化､低温等离⼦体氧化或添加表⾯活性剂等⽅式对碳材料进⾏处理,可在其表⾯引⼊有机官能团｡⼤量研究表明,表⾯有机官能团对EDLC的性能有很⼤影响｡⼀⽅⾯,有机官能团可以提⾼电解质对碳材料的润湿性,从⽽提⾼碳材料的⽐表⾯积利⽤率,同时这些官能团在充放电过程中还可以发⽣氧化还原反应,产⽣赝电容,从⽽⼤幅度提⾼碳材料的⽐容｡A.Y.Rychagov的研究证明表⾯官能团的赝电容效应对⽐电容的贡献有时可达50%以上｡另⼀⽅⾯,碳材料表⾯官能团对电容器的性能也存在负⾯影响,研究表明碳材料表⾯官能团含量越⾼,材料的接触电阻越⼤,从⽽导致电容器的ERS也就越⼤;同时,官能团的法拉第副反应还会导致电容器漏电流的增⼤;另外,碳材料电极表⾯含氧量越⾼,电极的⾃然电位越⾼,这会导致电容器在正常⼯作电压下也可能发⽣⽓体析出反应,影响电容器的寿命｡活性炭的电导率是影响EDLC充放电性能的重要因素｡⾸先,由于活性炭微孔孔壁上的碳含量随表⾯积的增⼤⽽减少,所以活性炭的电导率随其表⾯积的增加⽽降低;其次,活性炭材料的电导率与活性炭颗粒之间的接触⾯积密切相关;另外,活性炭颗粒的微孔以及颗粒之间的空隙中浸渍有电解质溶液,所以电解质的电导率､电解质对活性炭的浸润性以及微孔的孔径和孔深等都对电容器的电阻具有重要影响｡总之,活性炭具有原料丰富､价格低廉和⽐表⾯积⾼等特点,是⾮常具有产业化前景的⼀种电极材料｡⽐表⾯积和孔径分布是影响活性炭电化学电容器性能的两个最重要的因素,研制同时具有⾼⽐表⾯积和⾼中孔含量的活性炭是开发兼具⾼能量密度和⾼功率密度电化学电容器的关键｡。
超级电容器电极材料综述
1.4 超级电容器的性能指标
• 1. 比电容
单位为F/g
• 2. 功率密度, 也称比功率
超级电容器 电极材料的研究进展
Research Progress of Supercapacitor’s Electrode Material
Designed by PengTQ
目录
CONTENTS
1. 超级电容器概况
2. 电极材料研究进展 3. 展望
1.1
何为超级电容器
传统 电容 器
VS
超级电 容器
3. 展望
1.要有大的比表面积，高 比表面意味着有更多的反 应活性点。 2.要有合适的孔分布，孔 网络以及孔长度，这些条 件都有利于离子以较高的 速率传输。 3.复合电极的电荷传输电 阻要低。 4.有较高的电化学稳定性 和机械稳定性。
高比电容
电极材料
提高 能量密度
宽电势窗口
3. 展望
未来电极材料的发展有两个重要的方向:
2.1 碳材料
Multiwalled Carbon Nanotubes (MWCNTs )多壁碳纳米管 Hummers法剥离 Curved Graphene Nanosheets(CGN )弯曲石墨烯纳米片
Wang, Huanwen, et al. "Cutting and unzipping multiwalled carbon nanotubes into curved graphene nanosheets and their enhanced supercapacitor performance." ACS applied materials & interfaces 4.12 (2012): 6827-6834.
二氧化锰基超级电容器电极材料的研究
二氧化锰基超级电容器电极材料的研究二氧化锰（MnO2）是一种常见的电化学活性材料，被广泛用于超级电容器（SC）的电极材料中。
与传统的电化学电容器相比，超级电容器具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命、良好的快速充放电性能等优点，因此在储能、电动车辆、航空航天领域等方面具有重要的应用潜力。
本文将综述二氧化锰基超级电容器电极材料的研究进展，并探讨其在超级电容器领域的应用前景。
首先，二氧化锰作为一种廉价、环保的材料，具有较高的比电容和电导率，因而被广泛应用于超级电容器的电极材料中。
在二氧化锰基超级电容器中，二氧化锰以纳米颗粒或微米颗粒的形式存在，通过形成三维结构或负载在其他材料上，以提高电容器的性能。
研究表明，合适的制备方法、合适的结构设计和合适的掺杂方式可以显著改善二氧化锰电极的电化学性能。
其次，研究人员通过控制二氧化锰的晶体结构、形貌和掺杂元素的种类和浓度来调控其电化学性能。
例如，通过控制二氧化锰晶体的晶粒形貌和尺寸，可以显著提高其比表面积，从而提高电极的电容性能。
此外，掺杂其他金属或非金属元素（如钨、镁、铁等）可以调节二氧化锰的电化学反应速率和电导率，从而提高电化学性能。
同时，为了克服二氧化锰在长周期充放电过程中的体积变化问题，研究人员还设计了一系列核壳结构或杂化结构的二氧化锰电极材料。
核壳结构包括将二氧化锰包裹在碳纳米管或金属氧化物纳米颗粒中，以提高二氧化锰的结构稳定性和电容性能。
同时，将二氧化锰与其他电化学活性材料（如石墨烯、氧化钼等）形成杂化结构，可以进一步提高电极的电化学性能。
然而，二氧化锰基超级电容器电极材料仍然面临一些挑战。
首先，二氧化锰电极的循环稳定性较差，容易受到温度、湿度和电压等因素的影响。
其次，在高功率密度和长循环寿命要求下，二氧化锰电极的容量衰减问题尚未得到有效解决。
因此，未来的研究应该集中在改善二氧化锰电极的循环稳定性和容量保持率，开发更加合适的制备方法和结构设计。
综上所述，二氧化锰基超级电容器电极材料的研究已经取得了很大的进展，通过合适的结构设计、掺杂策略和核壳结构设计，可以显著提高二氧化锰电极的电化学性能。
超级电容器综述
超级电容器综述超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层或在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量。
超级电容器采用活性碳材料制作成多孔碳电极，同时在相对的多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别*正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别*到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层。
由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积），而且电解质与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度），所以这种双电层结构的超级电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。
目前国际上研究与发展的超级电容器可归为以下几类：●双层电容器（Double layer capacitor）由高表面碳电极在水溶液电解质（如硫酸等）或有机电解质溶液中形成的双电层电容，如图6-12.1所示。
该图还表示出一个典型双电层的形成原理，显然双电层是在电极材料（包括其空隙中）与电解质交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。
一般都采用多孔高表面积碳作为双层电容器电极材料，其比表面积可达1000－3000m2/g，比电容可达280F/g。
●赝电容器（Pseudo－capacitor）由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容；典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。
但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代；●混合电容器（Hybrid capacitor）由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。
《镍基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究》范文
《镍基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究》篇一一、引言随着科技的发展，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、长寿命等优点，逐渐受到人们的广泛关注。
在众多超级电容器电极材料中，镍基材料因其独特的物理和化学性质，成为研究热点之一。
本文以镍基超级电容器电极材料为研究对象，详细探讨了其制备方法及电化学性能。
二、镍基超级电容器电极材料的制备1. 材料选择与预处理本实验选用镍盐（如硝酸镍）为主要原料，通过化学沉积法、水热法或溶胶凝胶法等方法制备镍基超级电容器电极材料。
首先对原料进行预处理，包括除杂、干燥等步骤，以保证材料的纯度和活性。
2. 制备方法（1）化学沉积法：将预处理后的原料溶解在适当的溶液中，通过控制温度、pH值等条件，使镍盐在基底上发生化学反应，形成镍基材料。
（2）水热法：将原料与溶剂混合后置于密闭的反应釜中，通过控制温度和压力等条件，使原料在高温高压环境下发生反应，形成镍基材料。
（3）溶胶凝胶法：将原料在溶液中发生聚合反应，形成凝胶状的物质，再通过高温煅烧等方法使凝胶物转变为固态的镍基材料。
三、电化学性能研究1. 实验设备与条件本实验采用电化学工作站、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等设备进行电化学性能测试和表征。
在充放电测试中，设置电流密度、循环次数等参数，观察镍基超级电容器电极材料的性能表现。
2. 实验结果与分析（1）形貌分析：通过SEM观察发现，制备的镍基超级电容器电极材料具有较高的比表面积和良好的孔隙结构，有利于电解质离子的传输和存储。
（2）晶体结构分析：通过XRD测试发现，制备的镍基材料具有典型的晶体结构，且结晶度较高。
不同制备方法对晶体结构的影响有所不同，需根据具体方法进行优化。
（3）电化学性能测试：在充放电测试中，发现镍基超级电容器电极材料具有较高的比电容、良好的循环稳定性和较高的充放电速率。
其中，化学沉积法制备的电极材料表现出较好的电化学性能。
超级电容器电极材料的设计与制备
超级电容器电极材料的设计与制备超级电容器是一种现代化的电能存储设备，它可以在微秒时间内完成能量的存储和释放。
相较于电池，它有更高的功率密度和更长的寿命，因此被广泛应用于各个领域。
超级电容器的基本构成是电极、电解质和集流器，其中电极材料是决定超级电容器性能的关键因素。
本文主要讨论超级电容器电极材料的设计与制备。
一、超级电容器电极材料的分类根据电极材料的性质不同，超级电容器电极材料可以分为两类：金属氧化物电极和活性炭电极。
金属氧化物电极主要由金属氧化物（如RuO2、MnO2、NiOOH等）制成，它们具有良好的电导率和电化学稳定性，能够承受高电流密度和高温环境，因此在高功率应用中得到广泛使用。
但是，金属氧化物电极的电容量较低，无法满足某些应用的需求。
活性炭电极能够提供更高的电容量，因为它们具有较高表面积和孔隙度，可以提供更多的存储空间。
目前，活性炭电极是占据超级电容器市场主流的电极材料。
但是，活性炭电极具有较低的电导率和较短的寿命，因为它们容易受到电化学反应的影响。
二、超级电容器电极材料的设计超级电容器电极材料的设计是一个复杂的过程，需要考虑材料的电化学性质、物理性质、结构性质等多方面因素。
首先考虑材料的电化学性质。
超级电容器在使用过程中会发生电化学反应，因此电极材料需要具有良好的电化学稳定性，以保证超级电容器的稳定性和寿命。
此外，电极材料应该尽可能地提高电容量和功率密度，以满足不同应用的需求。
其次考虑材料的物理性质。
活性炭电极需要具有高表面积和孔隙度，这样可以提供更多的存储空间。
金属氧化物电极需要具有良好的导电性和耐高温性，以承受高功率密度和高温环境。
最后考虑材料的结构性质。
电极材料的结构可以影响其电化学性质和物理性质。
例如，控制活性炭的微观结构可以调节其表面积和孔隙度，从而提高电容量和功率密度。
金属氧化物电极可以采用纳米结构、多孔结构等形式，以提高电极的电化学性能。
三、超级电容器电极材料的制备超级电容器电极材料的制备方式取决于其材料类型和结构。
超级电容器材料的设计与开发
超级电容器材料的设计与开发超级电容器（Supercapacitor）作为一种新型的储能器件，具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点，正逐渐成为能量储存领域的研究热点。
超级电容器的性能主要依赖于其电极材料。
因此，设计和开发高性能的超级电容器材料是提升超级电容器储能性能的关键。
在超级电容器材料的设计与开发过程中，需要综合考虑材料的比能量、比功率、循环寿命以及成本等方面的要求。
以下是一些常用的超级电容器材料及其设计与开发的方法。
1. 石墨类材料石墨类材料是超级电容器电极的常见选择之一。
石墨具有高比表面积、优异的导电性和较低的电极电压窗口。
通过调控石墨的结构和制备方法，可以实现更高的比能量和循环寿命。
例如，将石墨材料进行氧化或改性，可以提高其比能量和比功率。
此外，利用石墨烯等二维材料也是提高超级电容器性能的重要途径。
2. 金属氧化物类材料金属氧化物类材料具有优异的电化学性能和较高的比能量。
常见的金属氧化物包括二氧化钼、二氧化锰和二氧化钛等。
通过合理设计和调控金属氧化物材料的结构和形貌，可以提高其比表面积和离子传输速率，从而提升超级电容器的性能。
此外，通过复合材料的设计与开发，将金属氧化物与其他材料结合，也可提高超级电容器的性能。
3. 纳米材料纳米材料在超级电容器材料的设计与开发中具有广阔的应用前景。
纳米材料具有较大的比表面积、独特的电子结构和优异的机械性能。
通过合成方法和表面改性等手段，可以调控纳米材料的尺寸、形貌和化学组成，实现超级电容器材料性能的优化。
例如，纳米碳管和纳米金属材料的引入可以提高超级电容器的比能量和导电性能。
4. 有机材料有机材料由于其丰富的化学结构和多样的电化学性能，在超级电容器材料的设计与开发中也有着重要的地位。
有机材料具有较好的可溶性和柔性，适合制备柔性超级电容器。
通过设计合成含有亲水基团、亲电基团和共轭结构的有机材料，可以实现超级电容器材料性能的改善和优化。
总的来说，超级电容器材料的设计与开发还处于不断探索的过程中。
超级电容器综述_杨盛毅
出了平板电容器的解释模型, 但直到 1957年 Becker获得了 双电层电容器的专利, 才使得超级电容器的产品化有了新的 突破。到目前超级电容器已有 50多年的发展历史, 其间对于 超级电容器的研究主要集中在寻找电极活性物质作为电极 的研究上。今后人们将会继续研究与开发新颖的电极材料、 选择合适的电解液、优化电容器的组装技术 [2]。目前电极材 料可以分为三类: 第一类是碳材料; 第二类是过渡金属氧化 物; 第三类是导电聚合物材料。
电压 V 3- 5. 5
3 2. 3- 5. 5 2. 7- 12
450 3. 6- 9 2. 5- 25
2. 7 40 3- 5
电容量 F 比能量 W h# kg- 1 比功率 W # kg- 1 状况
800- 2 000
3- 4
200- 400
商品化
. 09 - 1. 8
总的来说目前美国日本俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电容器市场实现产业化的基本上都是双电层电容器现代机械2009年第国外超级电容器研究状况类型电极材料公司实验室电解液电压比能量whkg比功率wkg状况双电层电容器碳粒复合物panasonic有机电解液200400商品化saftlcatel有机电解液500封装原型capxx有机电解液300商品化nectok0110010商品化elit水溶液450000商品化korchip水溶液商品化elna有机电解液22100商品化碳纤维复合物maxwellsuperfarad有机电解液有机电解液00025040017500200300商品化封装原型碳凝胶powerstor有机电解液250商品化氧化还原电容器导电聚合物膜losionallab有机电解液000实验室原型混合金属氧化物pinnacleesearchinstitute水溶液15100125200封装原型没有封装的实验室原型usrmyfort水溶液000混合电容器ruota电介质evans水溶液2830000封装原型氧化镍esma水溶液500001080100商品化超级电容器作为一种新的储能元件具有如下优点
超级电容器材料
超级电容器材料超级电容器是一种能够快速存储和释放大量电能的电子元件，它具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和快速充放电等特点，因此在许多领域都有着广泛的应用前景。
而超级电容器的性能很大程度上取决于其材料的选择，因此超级电容器材料的研究和开发显得尤为重要。
目前，常见的超级电容器材料主要包括活性炭、氧化铅、镍氢氧化物、聚苯胺等。
活性炭是一种常见的电极材料，它具有高比表面积和良好的导电性，能够提供良好的电容性能。
氧化铅具有良好的导电性和化学稳定性，适合用于电解质。
镍氢氧化物具有高比容量和良好的循环寿命，是一种优秀的电极材料。
聚苯胺具有良好的导电性和循环稳定性，适合用于制备电极材料。
除了以上常见的超级电容器材料外，近年来，一些新型材料也开始受到关注。
例如，二维材料（如石墨烯、硫化钼、氮化硼等）因其特殊的结构和优异的电化学性能，被认为是潜在的超级电容器材料。
此外，金属有机框架材料、碳纳米管、氧化钛等材料也展现出了良好的电容性能，受到了广泛关注。
在超级电容器材料的研究中，除了单一材料的研究外，复合材料也成为了研究的热点之一。
通过将不同材料进行复合，可以充分发挥各种材料的优点，从而实现超级电容器性能的进一步提升。
例如，将活性炭与氧化铅复合，可以提高电容器的能量密度；将聚苯胺与氧化钛复合，可以提高电容器的功率密度。
此外，超级电容器材料的研究还需要考虑材料的制备工艺、表面改性、电极结构设计等方面的问题。
通过优化材料的制备工艺，可以提高材料的比表面积和导电性能；通过表面改性，可以改善材料的电化学性能和循环稳定性；通过设计合理的电极结构，可以提高电容器的能量密度和功率密度。
总的来说，超级电容器材料的研究和开发是一个综合性的课题，需要涉及材料科学、化学工程、电化学等多个领域。
随着材料科学和技术的不断进步，相信未来会有更多新型超级电容器材料的出现，为超级电容器的性能提升和应用拓展提供更多可能性。
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究1. 本文概述随着现代科技的发展，能源存储技术正面临着前所未有的挑战和机遇。
超级电容器作为一种重要的能源存储设备，因其高功率密度、快速充放电能力、长寿命周期和环境友好性而受到广泛关注。
在超级电容器的构造中，复合电极材料的研发尤为关键，其直接决定了超级电容器的电化学性能和整体效能。
本文旨在探讨超级电容器复合电极材料的制备方法及其电化学性能。
本文将对目前广泛研究的几种复合电极材料，如碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，进行系统的综述。
这些材料在超级电容器中的应用优势和面临的挑战将被详细讨论。
接着，本文将重点介绍几种创新的复合电极材料制备技术，包括化学气相沉积、水热合成、溶胶凝胶法等。
这些方法在制备过程中对材料结构和形貌的控制，以及对电化学性能的影响将被深入分析。
本文将通过实验数据，评估所制备的复合电极材料在超级电容器中的实际应用性能，包括比电容、能量密度、循环稳定性等关键指标。
通过这些研究，本文旨在为超级电容器复合电极材料的发展提供新的视角和技术路径，推动能源存储技术的进步。
2. 文献综述超级电容器，也称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的能量存储设备。
它们的主要特点是具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力。
超级电容器的储能机制主要是双电层电容，涉及电极材料与电解质之间的电荷分离。
这一领域的研究起始于20世纪50年代，随着材料科学和电化学技术的进步，超级电容器在能量存储领域的重要性日益凸显。
超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料的性质。
近年来，研究者们广泛关注复合电极材料，因其能够结合不同材料的优点，从而提高超级电容器的整体性能。
常见的复合电极材料包括碳基材料、金属氧化物、导电聚合物等。
这些材料通过不同的复合策略（如物理混合、化学接枝、层层自组装等）进行组合，旨在提高比电容、能量密度和循环稳定性。
电化学性能是评估超级电容器电极材料的关键指标。
超级电容器综述
超级电容器综述摘要：电化学超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，以其独特的大容量、高功率密度、高的循环使用寿命、免维护、经济环保等特点，受到了世人的青睐，致使许多新型的电化学超级电容器电板材料相继被发现和应用。
本文综述了超级电容器的原理、电极材料的分类、隔膜、电解液等，介绍了超级电容器的主要应用领域与发展趋势。
关键词：超级电容器原理电极材料综述Reviews of supercapacitorsAbstract：As a new kind of energy storage device, supercapacitors has large capacity, large discharge power, longer cycle service life, free-maintenance, economic and environmental protection, which is between traditional capacitors and chemical batteries. For these advantages, supercapacitors has become extremely popular with researchers, therefore more and more supercapacitor materials have been found and applied. The paper reviews supercapacitors’ principle, the classification of electrode materials, diaphragm, electrolyte, and includes the main field of application, trend of development.Keywords: supercapacitors; principle; electrode materials; review1引言电容器是一种能储蓄电能的设备与器件．由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的错误动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频一视频设备：调协器，电话机、传真机及计算机等通讯设备和家用电器中．电容器的研究是从30年代开始的，随着电子工业的发展．先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和双电层电容器的发展．其中双电层电容器．又叫电化学电容器．是一种相对新型的电容器，它的出现使得电容器的上限容量骤然跃升了3—4个数量级，达到了法拉第级(F)的大容量，正缘于此，它享有“超级电容器”之称。
超级电容器的材料与制造
超级电容器的材料与制造超级电容器是一种能够快速存储和释放大量电荷的电子元件，具有高能量密度、长循环寿命、快速充放电速度等优点，因此在电子设备、新能源汽车、电力系统等领域有着广泛的应用。
超级电容器的性能主要取决于其材料和制造工艺，下面将介绍超级电容器常用的材料以及制造过程。
一、超级电容器的材料1. 电极材料超级电容器的电极材料是其性能的关键之一。
目前常用的电极材料主要包括活性炭、氧化铅、氧化锰、氧化铁等。
活性炭是最常见的电极材料，具有比表面积大、导电性好的特点，能够提高电容器的能量密度。
氧化铅、氧化锰、氧化铁等材料具有较高的比电容和电导率，能够提高电容器的功率密度。
2. 电解质电解质是超级电容器中起储存电荷和传导电荷的作用的重要组成部分。
常用的电解质包括有机电解质和无机电解质。
有机电解质具有导电性好、稳定性高的特点，但在高温下易发生分解；无机电解质具有耐高温、耐腐蚀的特点，但导电性较差。
选择合适的电解质可以提高超级电容器的性能。
3. 封装材料超级电容器的封装材料需要具有良好的绝缘性能、耐高温性能和耐腐蚀性能，以保护电容器内部元件不受外界环境的影响。
常用的封装材料包括聚酰亚胺、聚丙烯等高分子材料，以及氧化锌、氧化铝等无机材料。
二、超级电容器的制造1. 电极制备电极是超级电容器的核心部件，其制备过程主要包括原料处理、混合、成型、烘干和烧结等步骤。
首先将电极材料进行粉碎、筛分等处理，然后按一定比例混合均匀，加入适量的粘结剂和溶剂，进行成型，最后通过烘干和烧结等工艺得到成品电极。
2. 电解质注入电解质是超级电容器中起储存电荷和传导电荷的作用的重要组成部分。
在制造过程中，需要将电解质注入到电容器的正负极之间，以确保电容器正常工作。
注入电解质的过程需要控制好温度、压力和注入速度等参数，以避免电解质泄漏或不均匀分布。
3. 封装组装封装是超级电容器制造的最后一个环节，其目的是将电容器内部元件封装在外壳中，以保护其不受外界环境的影响。
超级电容器材料
超级电容器材料超级电容器是一种能够储存和释放大量电能的电子元件，它具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等特点，因此在电力系统、汽车、电子设备等领域有着广泛的应用前景。
而超级电容器的性能取决于其材料的特性，因此研究和开发高性能的超级电容器材料是当前的重要课题之一。
目前，常用的超级电容器材料主要包括活性碳、氧化物、聚合物和碳纳米管等。
活性碳是一种常见的电极材料，具有高比表面积和良好的电导率，能够提供较大的电容量。
氧化物材料如二氧化锰、氧化铁等具有较高的比电容和较好的循环寿命，适合用于超级电容器的正极材料。
聚合物材料具有较高的柔韧性和可塑性，能够制备成薄膜状电极，适合用于柔性超级电容器的制备。
而碳纳米管具有优异的导电性和机械性能，能够制备成复合材料，提高超级电容器的性能。
除了上述常见的超级电容器材料外，近年来也涌现出一些新型材料，如金属有机骨架材料（MOF）、二维材料（如石墨烯）等，这些材料具有特殊的结构和性能，能够为超级电容器的发展带来新的机遇和挑战。
MOF具有高孔隙度和可调控的结构，能够提供更大的比表面积和更多的储能位，有望成为新型的电极材料。
石墨烯具有优异的导电性和机械性能，可以制备成高性能的电极材料，同时也可以作为超级电容器的导电添加剂，提高电极材料的导电性能。
在超级电容器材料的研究和开发过程中，需要考虑材料的制备工艺、结构设计、性能表征等方面的问题。
制备工艺的优化能够提高材料的成品率和性能稳定性，结构设计的合理性能够提高材料的储能效率和循环寿命，性能表征的准确性能够为材料的性能评价提供可靠的依据。
总的来说，超级电容器材料的研究和开发是一个综合性的课题，需要结合材料科学、化学工程、电子工程等多个学科的知识和技术。
随着新材料的涌现和制备工艺的进步，相信超级电容器在能源存储、汽车动力、可穿戴设备等领域的应用将会更加广泛和深入。
超级电容器电极材料
超级电容器电极材料超级电容器作为一种新型的储能设备，具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优点，因此在电子设备、新能源汽车和可再生能源等领域具有广泛的应用前景。
而超级电容器的性能很大程度上取决于其电极材料，因此研究和开发高性能的电极材料对于提高超级电容器的性能至关重要。
目前，常见的超级电容器电极材料主要包括活性碳、氧化铁、氧化钴、氧化镍等。
活性碳是一种常见的电极材料，具有比表面积大、孔隙结构丰富的特点，能够提供更多的储存空间，但其导电性较差，限制了其在高功率应用中的表现。
氧化铁、氧化钴和氧化镍等金属氧化物具有较高的导电性和储能密度，但循环寿命较短，容量衰减严重，限制了其在实际应用中的发展。
为了克服现有电极材料的局限性，近年来，石墨烯、碳纳米管、金属有机骨架材料等新型材料被广泛应用于超级电容器的电极材料中。
石墨烯具有优异的导电性和比表面积，能够提高超级电容器的电极反应速率和循环寿命；碳纳米管具有高导电性和优异的力学性能，能够增强电极材料的稳定性和耐久性；金属有机骨架材料具有多孔结构和可调控的化学成分，能够提供更多的储能空间和增强电极材料的稳定性。
除了单一材料外，复合材料也成为超级电容器电极材料的研究热点。
将不同种类的材料进行复合，可以充分发挥各自材料的优点，同时弥补其缺陷，从而提高电极材料的整体性能。
例如，将石墨烯与金属氧化物复合，可以兼顾导电性和储能密度；将碳纳米管与金属有机骨架材料复合，可以提高电极材料的稳定性和循环寿命。
总的来说，超级电容器的电极材料需要具有高导电性、大比表面积、丰富的孔隙结构、优异的稳定性和循环寿命等特点。
当前，虽然已经有了一些较为理想的电极材料，但仍然存在一些挑战，如材料制备工艺、性能优化和成本控制等方面需要进一步研究和改进。
相信随着材料科学和能源技术的不断发展，超级电容器的电极材料将会不断涌现出新的突破，为超级电容器的应用提供更多可能性。
超级电容器电极材料制备与性能研究
超级电容器电极材料制备与性能研究超级电容器是一种新型的储能装置，潜力巨大。
由于它的高功率密度、长寿命、快充快放等特点，在新能源、制动能量回收、能量储存等领域得到了广泛的应用。
超级电容器的核心是电极材料，因此电极材料制备与性能研究是超级电容器技术研究的关键。
超级电容器的电极材料主要包括活性材料、电导添加剂、导电子材料等，其中活性材料是超级电容器电极材料的核心。
活性材料对于超级电容器的性能和成本起着至关重要的作用，因此其制备技术和性能研究成为超级电容器技术研究的重点。
活性材料是超级电容器电极材料中的核心，是储存电荷的重要成分。
目前常见的超级电容器电极材料主要有金属氧化物、碳材料、聚合物等，但是这些材料都存在着不同程度的缺点。
金属氧化物具有较高的比容量、较高的功率密度和较长的寿命，但在循环稳定性和低温性能方面表现不佳；碳材料的比电容相对较低，但是具有较优良的低温和循环稳定性；聚合物材料在高频领域具有卓越的性能，但是比容量较小。
因此，在活性材料的研究和制备方面，面临着如何综合优化电容量、功率密度、循环稳定性、低温性能等不同需求的问题。
金属氧化物在超级电容器电极材料中应用广泛，但存在不同程度的问题。
钛酸锂材料的比容量较高，但由于其电导率较低，使用较少。
氧化铅材料的比容量小，但可在循环稳定性和低温性能方面表现突出。
氧化锰材料在较宽温度范围内表现出较好的性能，但在一些高功率应用场合下，其容量衰减快的问题较为突出。
碳材料是一种理想的超级电容器电极材料，因其良好的电化学性能、高倍率性能、循环稳定性和低温性能等优良特性被广泛研究。
碳材料主要包括活性炭、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。
活性炭是一种开孔材料，具有极高的比表面积，能够提供大量的储电空间。
碳纤维和碳纳米管具有较好的导电性质和高倍率性能，可以提供快速的电荷转移和释放。
石墨烯作为一种新型的二维材料，具有高导电性、高比表面积和理想的电化学反应界面，被视为超级电容器电极材料的理想选择。
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。
超级电容器炭电极材料的研究
超级电容器炭电极材料的研究一、本文概述随着全球能源需求的持续增长以及环境问题的日益严重，高效、环保的能源存储技术成为了科学研究的热点。
超级电容器作为一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，因其高功率密度、快速充放电性能以及长循环寿命等优点，在电动汽车、智能电网、便携式电子设备等领域具有广泛的应用前景。
炭电极材料作为超级电容器的核心组成部分，其性能直接决定了超级电容器的电化学性能。
因此，研究高性能的炭电极材料对于推动超级电容器技术的发展具有重要意义。
本文旨在探讨超级电容器炭电极材料的研究现状、发展趋势以及未来挑战。
我们将对超级电容器的基本原理和炭电极材料的分类进行简要介绍。
随后，重点分析不同类型炭电极材料的制备工艺、结构特征以及电化学性能，并对比其优缺点。
我们还将讨论炭电极材料在超级电容器应用中的实际问题，如循环稳定性、能量密度和功率密度等。
结合当前的研究热点和技术难点，展望超级电容器炭电极材料未来的发展方向，以期为相关领域的研究提供有益的参考和启示。
二、超级电容器炭电极材料概述超级电容器，作为一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命以及宽广的工作温度范围等优点，受到了广泛的关注和研究。
而炭材料，因其优异的导电性、高比表面积、良好的化学稳定性以及低廉的成本，成为了超级电容器电极材料的理想选择。
炭电极材料主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
活性炭是最早被用于超级电容器的炭材料，其具有高比表面积和良好的孔结构，可以提供大量的电荷存储位置。
碳纳米管因其独特的一维结构和优异的电子传输性能，成为了超级电容器电极材料的研究热点。
石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其超高的比表面积、良好的导电性和化学稳定性，被认为是超级电容器炭电极材料的未来之星。
在超级电容器炭电极材料的研究中，如何提高其比表面积、优化孔结构、改善导电性能以及提高电化学稳定性是研究的重点。
通过物理或化学活化方法，可以增大活性炭的比表面积并改善其孔结构，从而提高其电荷存储能力。
超级电容 电极材料
超级电容电极材料超级电容（Supercapacitors，也称为超级电池、电化学双层电容）是一种能储存和释放大量电能的电子元件，其工作基于电化学双层效应。
超级电容的性能取决于其电极材料，其中包括正极电极材料和负极电极材料。
以下是一些常见的超级电容电极材料：1.活性碳（Activated Carbon）：活性碳是最常见的电极材料之一。
它具有大表面积，提供了更多的电极材料表面供电荷分布，从而增加了电容的容量。
活性碳通常用于负极。
2.氧化铟锡（Indium Tin Oxide，ITO）：氧化铟锡通常用于正极，因为它具有良好的导电性和光透明性，适用于某些应用，如透明超级电容。
3.氧化银（Silver Oxide）：氧化银电极在某些应用中也有用途，因为它具有较高的电导率。
4.铂（Platinum）：铂电极通常用于高性能的超级电容中，因为它具有优异的电导率和耐腐蚀性。
5.导电高分子（Conductive Polymers）：一些导电高分子，如聚苯胺（Polyaniline）和聚噻吩（Polypyrrole），也用于制作超级电容电极。
它们具有良好的导电性和电化学性能。
6.氧化物材料：一些氧化物材料，如锰氧化物（Manganese Oxide）和二氧化钛（Titanium Dioxide），也可以作为电极材料。
它们在某些应用中提供了特定的性能优势。
超级电容的电极材料的选择通常取决于应用的要求，包括电容量、工作电压、充放电速度和环境条件等。
不同的电极材料具有不同的优点和限制，因此在设计超级电容时需要根据具体情况进行选择。
超级电容的电极材料和电介质决定了其性能特点。
超级电容器电极材料制备及表征研究
超级电容器电极材料制备及表征研究随着科技的不断发展和人们的不断追求，电能的储存和使用成为现代社会热门话题之一。
而超级电容器作为电能储存和释放的新兴技术，具有容量大、充电速度快、使用寿命长等特点，受到了广泛关注。
超级电容器由电极材料、电解液和隔膜三部分组成，因此电极材料的性能直接决定了超级电容器的性能。
目前，超级电容器电极材料主要分为活性炭、金属氧化物、碳纳米管等几种类型。
而在这几种电极材料中，金属氧化物由于其电极化学性能的优良以及成本的相对低廉，已经得到广泛应用。
因此，对于金属氧化物电极材料的制备及表征研究也成为了近年来研究的重点。
下面就从材料的制备及表征两个方面进行阐述。
一、金属氧化物电极材料的制备1. 溶胶-凝胶法溶胶凝胶法是一种物理化学方法，它通过将金属盐或氢氧化物降解到单原子或多原子离子（或结客体），然后在水相或有机相中沉淀或者在凝胶中后进行干燥、焙烧等过程制备，最终得到金属氧化物电极材料。
由于此方法具有制备工艺简单、温度容易控制、得到的产物相对稳定等优点，因此在金属氧化物电极材料的制备中应用广泛。
2. 水热法水热法是一种利用水热条件下物质的溶解度变化和水热反应实现合成的方法。
该方法与溶胶凝胶法相比具有加工难度低、反应周期短、制备成本低等优点，因此也成为了金属氧化物电极材料制备的有效方法。
3. 气相沉积法气相沉积法（CVD）是一种在高温中将气体分解为元素或化合物，并在固体表面上生成非晶态（或结晶态）材料的化学气相沉积方法。
该方法制备的电极材料分散性好、晶体结构紧密、表面活性大，因此也具有广泛应用前景。
二、金属氧化物电极材料的表征在金属氧化物电极材料的制备过程中，对于材料的表征及分析也是无可避免的一个环节。
1. 结构表征结构表征主要包括电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等方法。
其中，电子显微镜结合X射线衍射可以更为准确地确定材料的晶体结构、晶粒大小以及表面形貌等信息。
2. 电化学表征电化学表征主要包括循环伏安法、交流阻抗法和恒电位充放电等方法。
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超级电容器电极材料综述原创：jqzhu本文对超级电容器的背景，电极材料的储能原理、性能评价和电容器的制备方法，以及国内外报道的超级电容器电极材料做了详细的归纳和总结。
可作为超级电容器研究的入门资料。
原创作品，学术不端检索比例小于3%，可以作为本科，硕士，博士论文中第一章文献综述的重要参考资料。
（全文5万余字，参考文献齐全）。
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目 录超级电容器综述 (2)1.1 引言 (2)1.2 电化学电容器的理论基础与应用 (4)1.2.1 电双电层电容器和法拉第赝电容器 (4)1.2.2比电容，电压，功率和能量密度 (7)1.2.3电解液 (10)1.2.4电化学电容器的制备 (13)1.2.5 电极材料的评价方法 (15)1.2. 6 电化学电容器的优点、挑战以及应用 (18)1.3电极材料 (25)1.3.1 碳材料 (27)1.3.2 导电聚合物(CPs) (30)1.3.3 非贵金属氧化物/氢氧化物 (36)1.3.4 贵金属氧化钌电极材料 (52)1.4 多元活性氧化物材料的结构特点及制备技术 (65)1.4.1 多元氧化物的结构和性能特点 (65)1.4.2 多元氧化物的制备技术 (67)参考文献 (71)超级电容器综述1.1 引言随着经济和科学技术的发展，人类对能源的需求逐年递增，导致不可再生的石化能源储量逐年减少，而排放的有害气体，温室气体却与日俱增，环境污染日趋严重。
因此，当前世界各国都在致力于开发清洁、高效的可再生能源，以及能源储存和转换的新技术和新设备。
在大多数应用领域，最为有效的和实用的能量储存与转换的技术包括蓄电池、燃料电池、以及电化学超级电容器（ES）。
最近的十几年里，由于具有高功率密度、长循环寿命等性能优点，超级电容器越来越受到广泛的重视。
超级电容器的性能介于传统介电容器（超高功率/低能量密度）和蓄电池/燃料电池（高能量密度/低功率密度）之间，刚好填补它们的性能间隙[1, 2]，因此有着广泛的应用的前景。
最早的电化学电容专利申请于1957年。
然而，直到20世纪90年代，电化学电容器才真正进入人们的视野，逐渐受到少数行业的重视，例如混合电动交通工具开发领域[3, 4]。
此时电化学电容器的作用是提升电池/燃料电池的性能，在汽车启动、加速或刹车瞬间提供充足的动力[5, 6]。
在随后发展过程中，人们才逐渐意识到，电化学电容器还有一个非常重要的作用，即作为电池和燃料电池的能量补充，在电池或燃料电池出现瞬间断电时提供备用电能[7]。
鉴于此，美国能源总署认定在未来能源储存系统中电化学电容器和电池/燃料电池具有同等重要的地位[8]。
其他一些国家和企业也投入大量的时间和资金进行电化学电容器技术的研究开发。
最近几年，不论在理论上还是在应用技术方面都有长足的发展，取得许多重要的成果，从大量发表的科技文献便可看出[9-17]。
与此同时，电化学电容器的一些缺点—能量密度低，制造成本高等缺点也逐渐显现出来，并成为电化学电容器未来发展中最大的挑战[18]。
克服电化学电容器低能量密度障碍的重要方法便是开发新材料。
目前最为常用的材料为碳材料，因为碳材料可获得超高的比表面积[14, 19, 20]。
但尽管如此，因电荷是通过物理储能方式储存于碳材料的表面，涂层内部的碳颗粒和孔隙还是会受到限制而没有充分利用。
此类电化学电容器通常称之为电化学双电层电容器（EDLS），有着有限的比电容值（通常在数法拉每克）和低的能量密度[21]。
提高电化学电容器性能的有效的手段是引入法拉第氧化还原反应，在碳材料的基础上引入电活性材料，制备碳基复合电极材料(混合型电化学电容器)；或者是用电活性材料完全取代碳材料[22, 23]。
采用电活性材料制备的电化学电容器称之为法拉第超级电容器(FS)，或者是赝电容器(pseudocapacitors)。
法拉第或者混合型电化学电容器能够获得比双电层电容器高得多的能量密度和比电容[24]。
在各类备选的电化学电容器电极材料中，氧化钌被认为是最具潜力的新一代电化学电容器首选材料[8, 25-27]。
因本文主要围绕氧化钌极其复合材的电容性能和相结构的进行研究。
因此，本章综述对电化学电容器的理论基础以及电容器的分析检测手段进行了简要的归纳和总结，重点论述金属氧化物在电化学电容器中的应用现状与发展趋势。
1.2 电化学电容器的理论基础与应用1.2.1 电双电层电容器和法拉第赝电容器图1-1 单体双电层电容器单体电极界面的储能机理图[3]Fig. 1-1 Principles of a single-cell double-layer capacitor and illustration of the potential drop at the electrode/electrolyte interface 电化学电容器的设计和构造类似于电池。
如图1-1所示，电化学电容器包括两个电极、两个集流体、电解液以及隔膜(用于孤立两电极，避免直接电导通)[3]。
电化学电容器中最重要的部件是电极材料。
通常，电化学电容器电极材料都被制备成具有高比表面积和高孔隙率的纳米材料。
从图1-1可以看出，电荷被储存于隔膜两边的导电固体颗粒(例如碳颗粒或金属氧化物颗粒)/电解液的界面。
这一界面可以被当做一个电容来处理，储存电双电层电容，电容C可通过方程式（1-1）表达[24]：C= (1-1)4A d式中A 表示电极的有效活性表面积； 表示电解液的介电常数，真空为1，其他介质均大于1；d 表示电双电层的有效厚度。
正如引言部分所提到的，目前有两种类型的电化学电容器。
一种是电双电层电化学电容器，电极材料以碳材料为主，没有电化学活性。
换句话说，在充电和放电过程中，电极材料不发生电化学氧化还原反应，电荷的存储纯粹是物理聚集过程。
另一种类型的电化学电容器中，电极材料具有电化学活性，例如，金属氧化物，可以在氧化和还原反应过程直接存储电能[24, 28-30]。
1.2.1.1 电双电层电容器静电型/电化学双电层型电容器的电极/界面的电容和静电荷的聚集依赖于电极电势。
表面电荷生成的机制包括离子从晶体晶格缺陷处和电解液中分离和吸附过程[8]。
这些过程单纯以静电迁移聚集的方式形成表面电荷。
如图1-1所示，这些电双电层电容产生于电极材料的颗粒表面，比如产生于碳颗粒与电解液的界面，过饱和或少量的电荷聚集于电极的表面，而同等电量的离子则聚集于电解液一侧，以达到电中性。
在充电过程，电子从负极通过外接电路流向正极，而电解液中的阳离子朝阴极表面迁移，阴离子则朝阳极表面迁移。
放电过程电子和离子的运动方向刚好相反。
在这一类型的电化学电容器充放电过程，没有电荷穿越电极/电解液界面，在电极和电解液之间也没有额外的离子交换。
这就意味着在充放电过程电解液的浓度始终保持恒定。
通过上述方式，能量储存于双电层界面。
如果将两个电极表面用E S1和E S2表示，阴离子用A －表示，阳离子用+C 表示，而电极/电解液界面则用//表示，那么电容器充电和放电的电化学过程可用方程式（1-2）～（1-5）表示[31, 32]，其中，阳极的充放电过程为:charging S1S1E +A E //A (1-2)e －－－discharging S1S1E //A E +A (1-3)e －－－阴极的充放电过程为:charging ++S2 S2E C E //C (1-4)e －discharging ++S2S2 E //C E C (1-5)e －充放电的总过程则可用(1-6)和(1-7)表示：charging ++S1 S2 S1 S2E + E + A C E //A + E //C (1-6) －－discharging ++S1 S2S1 S2 E //A + E //C E + E + A C (1-7) －－1.2.1.2 法拉第超级电容器(FS)法拉第超级电容(FS)又称之为赝电容器，与静电型和电化学双电层电容器有本质的不同。
当对电容器施加电压时，电极材料会发生快速而可逆的法拉第氧化还原反应，伴随的电荷穿越双电层，类似于电池的充放电过程，引起法拉第电流流过电容器。
可发生氧化还原反应的电极材料包括导电聚合物和一些金属氧化物如RuO 2、MnO 2、和Co 3O 4等[24, 33-35]。
赝电容器电极材料会发生三种典型的法拉第过程：可逆吸附过程(例如：氢在铂或金表面的吸附)，过渡金属氧化物的氧化还原反应(如RuO2)，以及发生在导电聚合物基电极材料的可逆的电化学掺杂/反参杂过程[24]。
研究表明，这些发生在电极上的法拉第电化学过程不仅能拓展工作电压，还可以提高电极的比电容和能量密度[20]。
由于电化学过程不仅发生在电极表面，也在电极近表面的内部发生，因此表现出比电化学双电层电容器高得多的比电容值和能量密度。
Conway等人[36]的报道揭示赝电容的比电容能够达到双电层电容器的10-100倍。
然而，赝电容器的比功率密度却要小于双电层电容器，因为充放电过程存在法拉第反应电阻，因此要比非法拉第过程慢[37]。
此外，因为氧化还原反应发在电极上，与电池相似，二者的循环稳定性相对较差。
值得关注的是具有阴/阳极不对称的混合型电化学电容器（例如：其中一电极为碳材料，而另外一极为具有电化学活性的材料）近来被广泛的研究。
这种非对称型电容器综合了双电层电容和赝电容二者的优点，因此可同时提高电容器的工作电压，能量密度和功率密度[38, 39]。
这一类型的电容器在充放电过程同时发生两种充放电机理，但其中之一会占主导地位。
电极材料具有高比表面积、合适的孔径分布和高导电性能是获得高比电容的必要条件，正如在后面章节所述。
1.2.2比电容，电压，功率和能量密度如图1-1所示的电容器单元可以被分成两个串联的电容，即阳极双电层电容和阴极双电层电容。
如果将阳极和阴极的电容分别表示为C p 和C n ，则电容器的总电容C T 可表示为[13]：= T p n111 (1-8)C C C 如果阴极和阳极是相同的电极，即C p =C n ，电容器的总电容C T 为单一电极电容的一半，这种电化学电容器称之为对称型电化学电容器。
如果C p ≠C n ，就是说阳极和阴极为不相同的电极材料，这类电化学电容器称之为非对称电化学电容器，电容器的总电容受阴阳极中电容值小的一极控制。
通常，电容器的电容值和电荷存储量依赖于电极材料的选择。
在充电过程，在阴阳两极之间会形成电压(V)。
理论上最大能量密度和功率密度可用方程式（1-9）和（1-10）表示[10, 11]：21 (1-9)22QU E CU 21 (1-10)4SP U R 方程式中Q 为电化学电容器储存的电荷量，U 为电容器的工作电位，C 为电容值，Rs 为电化学电容器的等效串联电阻。