超级电容器材料综述

目前，用于超级电容器的电极材料主要是碳材料，市场上主要是活性炭材料，因为活性炭的成本较低，且活性炭具有很高的比表面积，这是超级电容器电极材料所必须具备的特点。但是，活性炭的导电性一般，微观结构主要以微孔形式存在，因此在电解液中会有很大的电阻，电解液浸透电极的过程会比较慢，在存储和传输电荷的时候也会比较慢，但是它的成本低，基本可以满足市场的要求，因此被作为市场上电容器的主要材料，其它的碳材料有比活性炭更优越的性能，但是成本较高，所以没有被用作商业化。因此，寻找性能好，成本低的电极材料是当前超级电容器领域的主要研究方向，从而制备出性能优越，成本低，能够广泛应用于市场的超级电容器，具有重大意义。

目前用于研究超级电容器电极材料的碳材料主要有活性炭、炭气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、石墨烯、碳纤维以及碳/碳复合材料。碳材料原料低廉，表面积大，适合大规模生产。但是单纯不加修饰碳电极材料没有很高的比电容，还需要对其进行改性等研究。

1、活性炭材料

对于活性炭材料，不同的处理方法，会得到不同比表面积的活性炭，一般表面积可以高达 1000～3000m2/g，而且具有不同的空隙，孔径范围宽，生产工艺简单，成本低廉，可以从沥青、植物硬壳、石油焦、橡胶等各种原材料中得来。是一种已经商品化的超级电容器电极材料。活性炭材料的活化方法多种多样，可以分为物理活化和化学活化两种。

2、炭气凝胶电极材料

炭气凝胶是一种交联结构的网状的碳材料有多孔性，导电性好，表面积大，孔隙率高，孔径分布广，是唯一可以导电的气凝胶，电导率高。密度跨度大，孔隙率好，而且质量较轻，属于非晶态的纳米碳材料，同时，在制备的时候，可以通过调节工艺参数控制其孔径分布和微粒尺度。

3、碳纳米管

碳纳米管这是一种有类似石墨的六边形组成的碳材料，微观上看两端封闭的多层的管子，直径有几十纳米，层间距要比石墨层间距稍大。从超级电容器对电极材料的要求上看，碳纳米管材料是非常适合用来做电极材料的，因为碳纳米管的结构是空管的形状，表面积大，尤其是壁很薄的碳纳米管，比表面积更大，非常有利于双电层电容的储备。碳纳米管要是制成电极时，还会具备特殊的孔，这些孔是由微观状态下，碳纳米管互相缠绕，好似网状结构，管与管之间就形成了孔洞的结构，孔与孔之间都是互相连通的，没有堵死的情况，这在用作电极的时候，对于电解液的流通的很重要的。而且这种由管径互相缠绕得到的孔不会太小，一般都是属中孔，这会使电极的内阻很低，这些都是超级电容器电极所需要具备的。目前对碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要集中在将它直接用于超级电容器上，或者将碳纳米管和别的材料复合用作超级电容器。

4、活性炭纤维

活性炭纤维是一种环保材料，具有比活性炭更加优越的吸附性能，由它得到的高表面积的活性炭纤维布已经成功用于商业化的电极

材料。

5、石墨烯

全世界有很多研究者都对石墨烯进行研究，石墨烯的制备方法有很多,包括胶带剥离法、SiC 分解法、氧化石墨还原法等，其中氧化还原法是目前用到最多的方法，该种方法制备的石墨烯产量高、质量好、工艺相对简单。但是该方法也有一些缺点，比如经过强氧化剂氧化后的石墨烯不容易被彻底还原、使用的还原剂一般都有剧毒等。石墨烯具备很多其它材料所不具备的特点，它的优点主要有导电性好、表面积大、密度小、特殊的导热性能和光学性质、高力学性能等，这些都理想超级电容器电极材料的要求。

6、金属氧化物材料

金属氧化物材料是除了碳材料外用在超级电容器上的有一大类材料，其储电原理不同于碳材料的双电层储电方式，它主要是采用法拉第准电容原理，要比双电层电容大很多，法拉第准电容是一种高度可逆的化学吸脱附反应或者氧化还原反应，可以发生在电极和电解液的界面上，也可以发生在电极内部，比电容要比双电层电容大。

7、导电聚合物材料

导电聚合物材料是超级电容器电极材料的又一大类，其电容也是主要来自法拉第准电容，它们被制作成电极后，一小部分是双电层电容发生在电极溶液界面，更多的是氧化还原反应时高度可逆的法拉第准电容。因为导电聚合物有塑性，很容易制得内阻小，成本较低的薄层电极，很值得研究。