程 錦

(公安消防部隊(duì)高等專科學(xué)校, 云南昆明 650208)

近年來(lái)，為了達(dá)到高負(fù)荷或超負(fù)荷電路運(yùn)行的需要，國(guó)內(nèi)開(kāi)始推廣使用超級(jí)電容器。超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能元件，其性能介于電化學(xué)電池和傳統(tǒng)電容之間，具有充放電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。超級(jí)電容器的電極材料，對(duì)其性能有著重要的影響，高性能的電極材料是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和今后發(fā)展的方向。

1 電容器的基本原理

電容器是一個(gè)能夠在一個(gè)靜電場(chǎng)儲(chǔ)能而非化學(xué)形式儲(chǔ)能的無(wú)源元件，是儲(chǔ)存電荷的常用電子器件，它由電解質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)平行電極組成。電容C= Q/V(兩個(gè)電極上儲(chǔ)存的電荷與兩極之間的電勢(shì)差之比)。典型的平板電容器，電容C=εs/4πkd決定電容器電容的三個(gè)因素為：(1)極板面積，(2)兩電極之間的距離，(3)所用電介質(zhì)的介電性能。電容器的兩個(gè)主要屬性是能量密度和功率密度,能量E = 1/2CV2，功率P=V2/4ESR，(ESR：即等效串聯(lián)電阻，由內(nèi)部組件集流體，電極材料，電介質(zhì)，隔膜合起來(lái)產(chǎn)生的等效串聯(lián)電阻)，超級(jí)電容器電容的提升本質(zhì)上依賴于所使用的電極材料，工作電壓則依賴于所使用電解液的穩(wěn)定窗口，由此可見(jiàn)，高能量密度由超級(jí)電容器的電極材料和電解液決定，功率和功率密度的提升需要高電容、低電阻電極材料，超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)如圖1.所示[1]。

圖1 雙電層電容器結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of electric double-layer capacitor

2 超級(jí)電容器

超級(jí)電容器也稱為電化學(xué)電容器(EC)，其原理和電容器的基本原理相似。由于高比表面積和更薄的電解質(zhì)容量是傳統(tǒng)電容器的數(shù)百倍，而且同樣是以高度可逆的方式進(jìn)行電荷存儲(chǔ)，因?yàn)榫哂械偷腅SR使其具有高的比功率，因?yàn)闆](méi)有慢的電化學(xué)過(guò)程和相轉(zhuǎn)變的發(fā)生，具有高度可逆，快速地接受釋放電荷，使其具有非常快的充放電效率，充電時(shí)間短，循環(huán)壽命長(zhǎng)，能夠全充全放等優(yōu)勢(shì)，適合快速儲(chǔ)存和釋放能量。

超級(jí)電容器的出現(xiàn)滿足了高倍率儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)能量的需求，是一種理想的適合快速充放電的儲(chǔ)能裝置，其電容能夠大幅度提升依賴于(1)超級(jí)電容器對(duì)電極間距離的減小(雙電層)(2)多孔碳材料能夠提供高比表面積，高導(dǎo)電。超級(jí)電容器彌補(bǔ)了其他儲(chǔ)能裝置(電池，燃料電池)的不足，具有高度可逆的電荷儲(chǔ)存過(guò)程，長(zhǎng)循環(huán)壽命和在大功率下快速的充放電，這是其他儲(chǔ)能裝置所不具有的，因此，它在家用電子產(chǎn)品和混合動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域具有非常好的發(fā)展前景[2]。

3 超級(jí)電容器的分類(lèi)及其機(jī)理

根據(jù)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能模型和構(gòu)造，超級(jí)電容器可分為三種：(1)雙電層電容器，(2)贗電容電容器(3)雙電層電容和贗電容的混合體系，如圖2所示。

圖2 超級(jí)電容器的分類(lèi)Fig.2 Classifications of Supercapacitor

目前，超級(jí)電容器研究的主打方向主要有兩個(gè)：(1)氧化還原超級(jí)電容器(贗電容，電極材料主要為過(guò)渡金屬氧化物，導(dǎo)電聚合物，儲(chǔ)能機(jī)質(zhì)是電極表面的氧化還原反應(yīng))；(2)電化學(xué)雙層電容器(電極材料為各種形式的碳材料)。贗電容是利用材料表面快速、可逆的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行電荷存儲(chǔ)。贗電容電極材料主要有導(dǎo)電聚合物，過(guò)度金屬氧化物兩類(lèi)。導(dǎo)電聚合物存儲(chǔ)電荷基于摻雜/去摻雜反應(yīng)(法拉第反應(yīng))，電荷存儲(chǔ)遍布整個(gè)有效體積，因此存儲(chǔ)能量遠(yuǎn)高于雙電層電容電極材料。雖然存儲(chǔ)能量高，但是該電極材料的循環(huán)壽命短，反應(yīng)過(guò)程體積的收縮和膨脹導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)破壞失效，因此基于導(dǎo)電聚合物與碳基材料的復(fù)合提高循環(huán)性能具有一定的發(fā)展前景。金屬氧化物(RuO2、MnO2、NiOx、Fe3O4)應(yīng)用于超級(jí)電容也是基于表面快速可逆的氧化還原反應(yīng)，因此盡管比電容很高，但是長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)穩(wěn)定性和壽命差依然是制約其發(fā)展的瓶頸。

因?yàn)殡娀瘜W(xué)雙層電容器主要是以碳作為電極，因?yàn)樘季哂卸喾N形式，同時(shí)本身具有導(dǎo)電性和催化活性和多孔特性為其應(yīng)用于雙電層超級(jí)電容器提供廣泛的依據(jù)，同時(shí)碳材料具有電化學(xué)穩(wěn)定，循環(huán)壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)多樣，價(jià)格適中，是當(dāng)前超級(jí)電容器領(lǐng)域關(guān)注的主要對(duì)象[3]，其能量存儲(chǔ)的機(jī)理是電極和電解液界面快速的電荷存儲(chǔ)和累積。

4 碳基電極材料超級(jí)電容的研究狀況

大多數(shù)的碳材料主要是通過(guò)富碳有機(jī)前驅(qū)體在高溫惰性氣氛下碳化得到，最終的性能受很多因素的影響(前驅(qū)體，碳化過(guò)程，狀態(tài))。目前應(yīng)用于超級(jí)電容器的碳材料主要有：(1)活性炭，(2)活性炭纖維，(3)碳納米管，(4)石墨烯，(5)炭氣凝膠[4]。具有較大比表面積和一定程度孔徑大小可控的多孔碳材料被認(rèn)為是較好的雙電層電容器電極材料[2,5]，人們普遍認(rèn)為微孔能增強(qiáng)材料的雙電層電容，介孔能提供電解液離子輸運(yùn)的低阻力通道，大孔能作為離子的緩沖庫(kù)，存儲(chǔ)大量電解液離子，從而減小離子擴(kuò)散距離。一般認(rèn)為，當(dāng)電極材料的孔隙大小明顯大于電解質(zhì)溶液的離子大小時(shí)，可獲得較大的電容，當(dāng)材料孔道尺寸2nm～5nm時(shí)會(huì)使溶劑化的電解液離子通過(guò)而形成雙電層，通過(guò)對(duì)孔隙大小對(duì)雙電層電容器電容的影響的研究，表明當(dāng)孔隙大小接近電解液離子大小時(shí)，可得到最大的雙電層電容值[2,6]。如何提高超級(jí)電容器的電容，是目前研究的重點(diǎn)。通過(guò)合理的控制多孔碳材料表面孔徑大小和孔隙分布，制備高比表面積、孔徑分布合適的多孔碳材料，是當(dāng)前多孔碳材料研究的主要方向。

提升超級(jí)電容器電容的另一個(gè)方向是通過(guò)雜原子摻雜(N,S,B)[7]，這是一種高效提高比容量的方法，因?yàn)殡s原子可以提供贗電容，同時(shí)提高碳材料在電解液中的潤(rùn)濕性(可濕性提高，接觸角降低)，有效加強(qiáng)了電極于電解液的密切關(guān)系，促進(jìn)電解液離子高效聚集電極表面，在電極和電解液界面快速的進(jìn)行法拉第反應(yīng)，因此有效提升了雙電層電容和法拉第贗電容[8]。傳統(tǒng)制備雜原子摻雜多孔碳的方法是采用模板法制備多孔碳，然后用雜原子源活化摻雜，但是通過(guò)該方法雜原子摻雜會(huì)導(dǎo)致高電流密度下放電比容量降低，另一方法是直接采用雜質(zhì)源和碳源為同一前驅(qū)體體制備氮摻雜多孔碳。

4.1 活性炭應(yīng)用于超級(jí)電容

活性炭是以含碳的前驅(qū)體為原料，經(jīng)過(guò)高溫炭化后活化制得?；钚蕴坎牧蠎?yīng)用于超級(jí)電容器必須具備三個(gè)條件：(1)具有高比表面積，(2)低的內(nèi)阻，(3)具有微結(jié)構(gòu)有利于電解液進(jìn)入其內(nèi)表面。高比表面積有利于高的比容量值，低的內(nèi)阻決定了高的功率密度，特殊的結(jié)構(gòu)有利于電解液潤(rùn)濕形成界面?；钚蕴控S富的孔隙結(jié)構(gòu)主要在活化階段形成。研究表明碳材料的比表面積小比較小的時(shí)候(<1000m2g-1)，比電容基本與BET成線性關(guān)系，但是當(dāng)比表面積達(dá)到1200m2g-1-2000m2g-1后，比電容出現(xiàn)穩(wěn)定值，不再隨比表面積的增大而增大，原因主要是高度活化的碳的平均孔壁變薄，孔壁內(nèi)電場(chǎng)不再衰減到零。同時(shí)平均孔徑隨比表面積增加而增大，當(dāng)碳材料高度活化后，離子在大孔中與孔壁的交互作用減弱，孔對(duì)電容的提升作用就減弱。

文獻(xiàn)報(bào)道采用ZnCl2作為活化試劑活化煤制備多孔碳，但是制備的多孔碳比表面積相對(duì)低，KOH 活化可以相對(duì)提高多孔碳材料的比表面積和孔含量，因此有文獻(xiàn)結(jié)合ZnCl2和KOH 作為活化試劑采用兩步活化制備煤基多孔碳(BET：1851m2g-1)應(yīng)用于超級(jí)電容器，研究其高倍率性能，當(dāng)電流密度在1A·g-1下放電比容量達(dá)到258F·g-1，具有非常高的循環(huán)性能，電流密度1A·g-1下1000次循環(huán)容量保持92%[7]；通過(guò)碳化聚吡咯納米線制備氮摻雜碳納米線，通過(guò)KOH活化氮摻雜碳納米線制備多孔碳納米線應(yīng)用于超級(jí)電容，合適的KOH 和氮摻雜碳的配比活化制備的多孔碳納米線具備高倍率性能和高循環(huán)穩(wěn)定性，電流密度1A·g-1下達(dá)到291F·g-1，5000 次循環(huán)后容量保持94.8%，超高電化學(xué)性能歸咎于高比表面積和微孔/介孔/大孔結(jié)構(gòu)[9]。采用海藻酸鈉與氫氧化鈉高溫活化處理制備高性能超級(jí)電容電極材料，在氫氧化鉀水系電解液中，電流密度為0.5A·g-1比電容為451F·g-1，在10A·g-1電流密度下測(cè)試高倍率循環(huán)性能，10000次循環(huán)容量保持99%，表明該材料具有高的比電容和超高循環(huán)穩(wěn)定性[10]。

近年來(lái)，生物質(zhì)多孔碳材料因?yàn)榫哂衼?lái)源廣泛，可再生，具有前驅(qū)體成本低等特點(diǎn)得到廣泛研究。采用深紫色茄子片冷凍干燥一步碳化制備氮摻雜片狀多孔碳材料(900m2g-1)應(yīng)用于超級(jí)電容器具有高倍率性能(相同倍率下，與其他生物基碳材料制備的超級(jí)電容器相比，循環(huán)性能相對(duì)較好)[11]；采用干構(gòu)樹(shù)皮經(jīng)過(guò)1.0M氫氧化鉀溶液處理，過(guò)濾通過(guò)碳化活化處理制備氮摻雜多孔碳比表面積達(dá)到1212m2·g-1應(yīng)用于超級(jí)電容，0.5A·g-1電流密度下比電容為320F·g-1[12]。生物質(zhì)碳化多孔材料，最大的優(yōu)勢(shì)是前驅(qū)體可以再生，成本相對(duì)較低，它的缺點(diǎn)是容量相對(duì)較低，尤其是對(duì)高倍率率放電，這主要還是電極材料導(dǎo)電性不夠好，因此今后發(fā)展的方向應(yīng)該是繼續(xù)追求低成本的同時(shí)提升電極材料的導(dǎo)電性。

由于N、O摻雜使其具備好的倍率性能和循環(huán)性能；通過(guò)HNO3活化碳化含氮碳源(聚丙烯腈，聚丙烯酸甲酯)制備氮摻雜分層結(jié)構(gòu)多孔碳，2 M KOH 電解液中0.5A·g-1電流密度下比電容可達(dá)314F·g-1，當(dāng)電流密度從0.5A·g-1變到20A·g-1容量保持 67.8%，在2A·g-1電流密度下經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)后，容量保持90%[13]；采用葡萄糖作為碳源，SBA-15硅作為模板制備高比表面積介孔碳納米纖維應(yīng)用于超級(jí)電容器，在0.6Ag-1電流密度下比容量為201F·g-1，1000次循環(huán)后容量保持初始容量的88%；以KOH晶體為模板法熱處理木質(zhì)素-制備三維分層結(jié)構(gòu)多孔碳，具備大孔、介孔、微孔結(jié)構(gòu)，在1M H2SO4電解液中0.05A·g-1電流密度下展示165.0 F·g-1比電容，在10A·g-1電流密度下，比容量為123.5F·g-1，5000次循環(huán)后容量保持97.3%[14]；通過(guò)碳化谷氨酸鈉和氯化鈉的混合物一步合成三維結(jié)構(gòu)多孔碳納米片，具備雜質(zhì)原子氮和氧摻雜效應(yīng)，電化學(xué)活性得到提高，在電流密度1 A·g-1下6 M KOH 溶液中，放電比容量為320F·g-1[15]；石墨烯耦合雞蛋蛋白氫氧化鉀高溫活化制備分層結(jié)構(gòu)多孔碳應(yīng)用于超級(jí)電容，1 M H2SO4電解液中，1A·g-1電流密度下比電容達(dá)到291F·g-1，電流密度從0.5A·g-1增加到15A·g-1，比電容保持69%，1A·g-1電流密度下5000次循環(huán)容量保持90%，表明該材料應(yīng)用與超級(jí)電容器具有非常好的電化學(xué)性能[8]。模板法是制備多孔碳材料的有效途徑，常用于做模板的物質(zhì)有SiO2，ZnO等。由瀝青為碳源，ZnO為模板，氫氧化鉀活化制備花狀結(jié)構(gòu)分層多孔碳材料應(yīng)用于超級(jí)電容，掃描速率2mV·s-1下比電容為294F·g-1，5000次循環(huán)容量衰減只有2%[16]。采用氫氧化鉀活化酚醛樹(shù)脂碳納米纖維紙制備多孔應(yīng)用于超級(jí)電容，電化學(xué)容量顯著提升，20A·g-1電流密度下比電容209F·g-1[17].

多孔碳材料主要是通過(guò)碳化前軀體得到，其本省具有的多孔結(jié)構(gòu)有利于電荷的存儲(chǔ)，以及來(lái)源廣泛等特點(diǎn)一直以來(lái)都是超級(jí)電容電極材料研究的熱點(diǎn)。采用活化法和模板法制備高比表面積多孔結(jié)構(gòu)材料，通過(guò)對(duì)孔的分布和大小優(yōu)化處理以及雜質(zhì)原子摻雜可以有效提比電容。

4.2 碳納米管應(yīng)用于超級(jí)電容

碳納米管是碳的一種同素異形體，它是由單層或多層石墨烯片卷曲而成的無(wú)縫中空管，具有獨(dú)特的管狀結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定的理化性能等特點(diǎn)，但是碳納米管電容器并沒(méi)有期望的那么美好，主要原因可能是電極和集流體之間高的接觸電阻[1,18]；化學(xué)氣相沉積制備垂直取向碳納米管應(yīng)用超級(jí)電容器比容量為70F·g-1[19]。但是純的碳納米管應(yīng)用于超級(jí)電容器容量低于100F·g-1，碳納米管膜具有高導(dǎo)電性能，倍率性能高于活性碳基材料。因此碳納米管通常與高比表面積材料復(fù)合(活性炭-石墨烯)提高比容量。通過(guò)緊密堆積的石墨烯-碳納米管雜化膜制備三維結(jié)構(gòu)，在5 mV·s-1具備294F·g-1比容量，遠(yuǎn)高于單獨(dú)的還原石墨烯的比容量(185F·g-1)，5000循環(huán)后容量保持93%[20]；用聚苯乙烯膠體顆粒制備三維結(jié)構(gòu)氮摻雜石墨烯-碳納米管摻雜紙，通過(guò)煅燒去除模板，制備大孔結(jié)構(gòu)應(yīng)用用于與超級(jí)電容器，6 M KOH電解液中電流密度 1A·g-1下比容量為294F·g-1，高性能歸咎于三維多孔結(jié)構(gòu)和碳納米管和氮摻雜效應(yīng)[21]。碳納米管本身具有高的導(dǎo)電性，但是其有效比表面積小，限制了其比容量，通過(guò)與石墨烯、導(dǎo)電聚合物復(fù)合可以發(fā)揮其優(yōu)良的導(dǎo)電性使電子傳遞更能深入到電極內(nèi)部，使能量存儲(chǔ)于三維空間中從而提高電極的比電容和能量密度[22]。

4.3 石墨烯及其衍生物應(yīng)用于超級(jí)電容

石墨烯是二維結(jié)構(gòu)碳材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，與傳統(tǒng)的多孔碳材料相比，石墨烯在導(dǎo)電性和比表面積方面占明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，石墨烯具備非常好的電化學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性使其在超級(jí)電容器中具有非常好的應(yīng)用前景[18]，原則上如果石墨烯整個(gè)的表面積都被用起來(lái)，那么它的比容量應(yīng)該達(dá)到550F·g-1，但是由于石墨烯存在的團(tuán)聚和再堆疊導(dǎo)致實(shí)際有效比表面積降低，因此比電容也與理論值大相徑庭[23]。文獻(xiàn)報(bào)道了采用多層石墨烯應(yīng)用于超級(jí)電容器在以H2SO4作為電解液其比電容達(dá)到135F·g-1，采用單層氧化還原石墨烯制備超級(jí)電容器比容量提升到205F·g-1，能量密度 28.5Wh·kg-1，功率密度達(dá)10kW·kg-1[24]。以單純石墨烯作為超級(jí)電容器電極材料電容相對(duì)較低，因此對(duì)于石墨烯基超級(jí)電容器研究方向主要是對(duì)石墨烯進(jìn)行改性研究，通過(guò)雜質(zhì)原子摻雜改性和材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電容可以顯著提升。通過(guò)改進(jìn)的Hummers法和溶劑熱法制備的三維結(jié)構(gòu)介孔石墨烯應(yīng)用于超級(jí)電容，比電容達(dá)到341F·g-1(水系KOH)和166F·g-1(有機(jī)電解液)[23]；通過(guò)氨基對(duì)苯二甲酸與氧化石墨熱處理制備氮摻雜石墨烯應(yīng)用于超級(jí)電容，在 1A·g-1電流密度下比電容達(dá)到210F·g-1，5000次循環(huán)容量保持90%[25]。通過(guò)聚苯胺復(fù)合多孔氧化石墨烯(聚丙烯酸甲酯顆粒作為模板)制備三維結(jié)構(gòu)石墨烯-聚苯胺復(fù)合電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器1A·g-1電流密度下比電容達(dá)到331F·g-1[26]；利用氧化石墨烯-苯胺-過(guò)硫酸銨采用合適的苯胺/氧化石墨烯配比制備高性能超級(jí)電容器電極材料，在1 mol L-1H2SO4溶液中，0.5A·g-1電流密度下比容量達(dá)到355.2F·g-1，1000次循環(huán)比容量保持285.8F·g-1[27]；緩沖劑輔助制備氮摻雜富氧官能團(tuán)石墨烯應(yīng)用于超級(jí)電容，6M·KOH作為電解液，1A·g-1電流密度下兩種緩沖劑制備的電極材料比電容達(dá)到383F·g-1和356F·g-1，9000次循環(huán)容量衰減5%，電流密度為50A·g-1下比容量依然高達(dá)241F·g-1，因此該材料應(yīng)用與超級(jí)電容，具備超高循環(huán)穩(wěn)定性能和高倍率性能；采用超臨界CO2處理制備多孔結(jié)構(gòu)氧化石墨烯，通過(guò)該方法制備的氧化石墨烯比表面積為930 m2g-1，應(yīng)用于超級(jí)電容，1 M H2SO4作為電解液，在1A·g-1和16A·g-1電流密度下比電容為253F·g-1和 210F·g-1，2000次循環(huán)比容量保持90%[28]。微波輔助合成氮摻雜介孔碳微球/鎳鈷層狀雙氫氧化物復(fù)合物，在電流密度1A·g-1法拉第比電容為2498F·g-1，制備成非對(duì)稱超級(jí)電容器，在1A/g電流密度下，比電容為272.6F·g-1，10000次比電容保持87.2%[29]。石墨烯及其衍生物通過(guò)摻雜改性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升其有效比表面積可以顯著提升其電化學(xué)比電容，在復(fù)合材料基體組裝改性方面具有非常好的發(fā)展前景。

5 碳基材料復(fù)合導(dǎo)電聚合物應(yīng)用于超級(jí)電容電極材料

碳基材料與導(dǎo)電聚合物復(fù)合制備氮摻雜多孔材料應(yīng)用于超級(jí)電容器是目前提升超級(jí)電容器比容量非常有效的方法。通過(guò)碳化聚苯胺包覆三維微孔碳然后通過(guò)KOH活化增加微孔和介孔制備氮摻雜三維分層結(jié)構(gòu)多孔碳(BET：1084.0m2g-1)，在1A·g-1電流密度下比容量308.4F·g-1，10000次循環(huán)容量保持96 %[30]。通過(guò)液相剝離法制備少層石墨烯采用噴霧干燥技術(shù)制備石墨烯微球作為基體通過(guò)原位聚合法制備聚苯胺復(fù)合石墨烯微球應(yīng)用于超級(jí)電容器具備非常好的電化學(xué)性能，在3A·g-1電流密度下，比電容達(dá)到338F·g-1，在 3A·g-1代那里密度下10000次循環(huán)后，電容保持87.4%[31]；通過(guò)靜電作用組裝成三維結(jié)構(gòu)石墨烯-聚苯胺納米結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于超級(jí)電容，在電流密度為1A·g-1下，放電比容量達(dá)到448F·g-1，5000次循環(huán)容量保持81%[32]；以聚甲基丙烯酸甲酯顆粒為模板通過(guò)石墨烯-聚苯胺摻雜制備三維空心球形結(jié)構(gòu)電極材料應(yīng)用與超級(jí)電容器，在電流密度1A·g-1下，比電容達(dá)到331F·g-1，500次循環(huán)容量損失14%[33]；氧化石墨烯-聚苯胺通過(guò)靜電作用得到分層結(jié)構(gòu)氧化石墨烯/聚苯胺納米結(jié)構(gòu)材料通過(guò)濾膜器定向自組裝，隨后通過(guò)水合肼還原氧化石墨烯得到分層結(jié)構(gòu)石墨烯/聚苯胺納米材料應(yīng)用超級(jí)電容器，2A·g-1電流密度下，比電容為409F·g-1；10A·g-1電流密度下，比電容依然高達(dá)334F·g-1，表明該材料具有非常好的倍率性能[34]。通過(guò)導(dǎo)電聚合物與石墨烯復(fù)合制備超級(jí)電容電極材料，利用了電化學(xué)雙層電容和法拉第電容的優(yōu)點(diǎn)，電容和循環(huán)性能得到顯著提升。因此，針對(duì)雙電層電容器和贗電容電容器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，構(gòu)造電化學(xué)雙電層和贗電容非對(duì)稱型電容器提升超級(jí)電容器的循環(huán)穩(wěn)定性和高功率特性具有非常好的發(fā)展前景。

6 結(jié)論與展望

超級(jí)電容器優(yōu)勢(shì)明顯，其在新型儲(chǔ)能器件領(lǐng)域具有非常好的發(fā)展前景。電極材料是超級(jí)電容性能改進(jìn)的關(guān)鍵，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制備高比表面積，空隙可控的高導(dǎo)電性電極材料，依然是當(dāng)下超級(jí)電容電極材料研究的重點(diǎn)，目的在于尋求高容量、低電阻、循環(huán)穩(wěn)定性好的電極材料。多種改性方法(三位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，摻雜，功能化，復(fù)合等)已經(jīng)用于制備高性能超級(jí)電容電極材料，盡管已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是繼續(xù)追求高性能電極材料仍然是今后發(fā)展的方向。

另外，進(jìn)一步提升能量密度和功率密度并降低其制造成本，研究和開(kāi)發(fā)與相應(yīng)電極材料相匹配的電解液體系也將是未來(lái)研究高能力高功率密度電容器的方向。