超级电容器电极材料综述
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deposition of the porous nickel oxide thin film at room temperature for high-
rate pseudocapacitive energy storage." Electrochemistry
Wang, Huanwen, Yalan Wang, and Xuefeng Wang. "Pulsed laser deposition of large-area manganese oxide nanosheet arrays for high-rate
• 材料纳米化 • 纳米结构的材料具有高比表面积，能够为电子
和离子的传输扩散提供短通道，从而提高与电
解液离子的接触，使得材料在高电流密度下也
欢迎大家批评指正 !
(2012): 6827-6834.
2.2 过渡金属
金属氧化物材料
原理 种类 优点
以法拉第电容为主，也包含双电层电容：
离子的吸附/脱吸附和插入/脱出 贵金属氧化物（RhO、IrO）；贱金属
氧 化 物 （ Co3O4 、 NiO/NiOH 、 MnO2 、
V2O5等）
高的比电容（是碳材料的10 ~ 100倍）；
成本低
缺点 品种少；直接用导电有机聚合物作电化学电
容器电极材料电容器内电阻较大；充放电过
程会发生膨胀，影响使用寿命
研 究 热 开发新的导电聚合物；改进导电聚合物电极
点
材料的性能，优化超级电容器阴、阳极上聚
合物的电化学匹配性；复合材料
提 高 能量 密度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电极材 料
3. 展望
高比电 容
宽电势 窗口
1.要有大的比表面 积，高比表面意味 着有更多的反应活
极电容器法拉第
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
• 指单位质量或单位体积的超级电容器在匹配负 荷下产生电/热效应各半时的放电功率。它表 征超级电容器所能承受电流的能力, 单位为 kW /kg或kW /L。
• 3. 能量密度, 也称比能量
• 指单位质量或单位体积的电容器所给出的能量 , 单位为Wh /kg或Wh/L。
超级电容器 电极材料的研究进展
Research Progress of Supercapacitor’s
Electrode MDateersiaigl ned by PengTQ
目录
CONTEN TS
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
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。
3. 展望
未来电极材料的发展有两个重要的方 向:
例如：
碳材料• 复合材料
•比电容小
• 导电性能 好
金属氧化物 材料
••导比电电性容差大
VS
电 池
超级 电容 器
高能量密度 高功率密度 长循环寿命
超级电容器
• 超级电容器 (Supercapacitors),它兼有静电电容 器和电池特性,能提供比静电电容器更高的能量密度
,比电池更高的功率密度和更长的循环寿命。
1.2 超级电容器的应用
电 子
新 能 源
国 防
汽
超级
车
电容
器
通 讯
1.3 超级电容器的分类
缺点 比电容相对较小；能量密度不高
活化活性炭（物理/化学）；碳材料
研 点
究
热
的分散高度有序的碳纳米管阵列；修
饰石墨烯；复合材料：如CNT与金
属氧化物、导电聚合物、石墨烯的复
合材料
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
• 4. 循环稳定性
1.5 超级电容器的组成
集流
超
体
级
电
电
极
容
电解
器
质 隔
膜
电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的 最关键因素之一。
1.5 超级电容器的组成
超级电容 器
电极材料
碳素材 料
金属氧 化物
导电聚合 物
。。 。。
2.1 碳材料
碳素材料
原理 种类 优点
EDLC
活性炭（AC）；活性炭纤维（CFA）； 碳 纳 米 管 （ CNTs ） ； 炭 气 凝 胶 （CAGs）；石墨等 原料丰富价格低廉；比表面大；导电 性好；化学稳定性高
双电层
法拉第准电容器, 其电容 的产生是电极表面或体相 中的二维或准二维空间上, 电活性物质进行欠电位沉 积, 发生高度的化学吸脱 附或氧化还原反应, 产生 与电极充电电位有关的电 容, 如金属氧化物电极电
双电层电容器, 其 电容的产生主要基 于电极/电解液上电 荷分离所产生的双 电层电容, 如碳电
supercapacitors."New Journal of
2.3 导电聚合物
导电聚合物材料
原理 种类
主要是法拉第准电容：电极内具有高电化学 活性的导电聚合物进行可逆的P型或n型掺杂 或去掺杂； 还有一部分电极/溶液界面的双电层
聚吡咯；聚苯胺；聚噻吩
优点 通过设计聚合物的结构，优选聚合物的匹配
性，来提高电容器的整体性能；比电容大；
稳定性好
缺点 结构致密，导电性能差；电势窗口太窄
通过不同的制备方法（如PLD）得到纳
研究热 点
米化的结构，如已制备了纳米棒、纳米 片纳米环、分级多孔纳米花、中空纳米 球等，主要为了增大表面积，同时有利
于离子的传输；复合材料
2.2 过渡金属
Wang, Huanwen, Yalan Wang, and Xuefeng Wang. "Pulsed laser
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
rate pseudocapacitive energy storage." Electrochemistry
Wang, Huanwen, Yalan Wang, and Xuefeng Wang. "Pulsed laser deposition of large-area manganese oxide nanosheet arrays for high-rate
• 材料纳米化 • 纳米结构的材料具有高比表面积，能够为电子
和离子的传输扩散提供短通道，从而提高与电
解液离子的接触，使得材料在高电流密度下也
欢迎大家批评指正 !
(2012): 6827-6834.
2.2 过渡金属
金属氧化物材料
原理 种类 优点
以法拉第电容为主，也包含双电层电容：
离子的吸附/脱吸附和插入/脱出 贵金属氧化物（RhO、IrO）；贱金属
氧 化 物 （ Co3O4 、 NiO/NiOH 、 MnO2 、
V2O5等）
高的比电容（是碳材料的10 ~ 100倍）；
成本低
缺点 品种少；直接用导电有机聚合物作电化学电
容器电极材料电容器内电阻较大；充放电过
程会发生膨胀，影响使用寿命
研 究 热 开发新的导电聚合物；改进导电聚合物电极
点
材料的性能，优化超级电容器阴、阳极上聚
合物的电化学匹配性；复合材料
提 高 能量 密度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电极材 料
3. 展望
高比电 容
宽电势 窗口
1.要有大的比表面 积，高比表面意味 着有更多的反应活
极电容器法拉第
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
• 指单位质量或单位体积的超级电容器在匹配负 荷下产生电/热效应各半时的放电功率。它表 征超级电容器所能承受电流的能力, 单位为 kW /kg或kW /L。
• 3. 能量密度, 也称比能量
• 指单位质量或单位体积的电容器所给出的能量 , 单位为Wh /kg或Wh/L。
超级电容器 电极材料的研究进展
Research Progress of Supercapacitor’s
Electrode MDateersiaigl ned by PengTQ
目录
CONTEN TS
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
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。
3. 展望
未来电极材料的发展有两个重要的方 向:
例如：
碳材料• 复合材料
•比电容小
• 导电性能 好
金属氧化物 材料
••导比电电性容差大
VS
电 池
超级 电容 器
高能量密度 高功率密度 长循环寿命
超级电容器
• 超级电容器 (Supercapacitors),它兼有静电电容 器和电池特性,能提供比静电电容器更高的能量密度
,比电池更高的功率密度和更长的循环寿命。
1.2 超级电容器的应用
电 子
新 能 源
国 防
汽
超级
车
电容
器
通 讯
1.3 超级电容器的分类
缺点 比电容相对较小；能量密度不高
活化活性炭（物理/化学）；碳材料
研 点
究
热
的分散高度有序的碳纳米管阵列；修
饰石墨烯；复合材料：如CNT与金
属氧化物、导电聚合物、石墨烯的复
合材料
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
• 4. 循环稳定性
1.5 超级电容器的组成
集流
超
体
级
电
电
极
容
电解
器
质 隔
膜
电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的 最关键因素之一。
1.5 超级电容器的组成
超级电容 器
电极材料
碳素材 料
金属氧 化物
导电聚合 物
。。 。。
2.1 碳材料
碳素材料
原理 种类 优点
EDLC
活性炭（AC）；活性炭纤维（CFA）； 碳 纳 米 管 （ CNTs ） ； 炭 气 凝 胶 （CAGs）；石墨等 原料丰富价格低廉；比表面大；导电 性好；化学稳定性高
双电层
法拉第准电容器, 其电容 的产生是电极表面或体相 中的二维或准二维空间上, 电活性物质进行欠电位沉 积, 发生高度的化学吸脱 附或氧化还原反应, 产生 与电极充电电位有关的电 容, 如金属氧化物电极电
双电层电容器, 其 电容的产生主要基 于电极/电解液上电 荷分离所产生的双 电层电容, 如碳电
supercapacitors."New Journal of
2.3 导电聚合物
导电聚合物材料
原理 种类
主要是法拉第准电容：电极内具有高电化学 活性的导电聚合物进行可逆的P型或n型掺杂 或去掺杂； 还有一部分电极/溶液界面的双电层
聚吡咯；聚苯胺；聚噻吩
优点 通过设计聚合物的结构，优选聚合物的匹配
性，来提高电容器的整体性能；比电容大；
稳定性好
缺点 结构致密，导电性能差；电势窗口太窄
通过不同的制备方法（如PLD）得到纳
研究热 点
米化的结构，如已制备了纳米棒、纳米 片纳米环、分级多孔纳米花、中空纳米 球等，主要为了增大表面积，同时有利
于离子的传输；复合材料
2.2 过渡金属
Wang, Huanwen, Yalan Wang, and Xuefeng Wang. "Pulsed laser
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