容器和二次電池的技術(shù)特性，能提供比普通物理電容器更篼的比能置和比二次電池更高的比功率及更長的循環(huán)壽命，同時(shí)還具有比二次電池耐高溫和免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了普通物理電容器和二次電池之間的空白。它有可能成為移動(dòng)通訊、便攜式計(jì)算機(jī)、電動(dòng)汽車等的移動(dòng)電源，因此，超級(jí)電容器的研發(fā)受到各發(fā)達(dá)國家的高度重視，并己紛紛制定出發(fā)展計(jì)劃。

　　超級(jí)電容器能童的儲(chǔ)存是通過采用高比表面積多孔電極以及將能置儲(chǔ)存在擴(kuò)散雙層之間來實(shí)現(xiàn)的，充電時(shí)產(chǎn)生的電容包括：在電極/電解液界面通過電子和離子或偶極子的定向排列所產(chǎn)生的雙電層電容（double-layercapacitance）；在電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間，電活性物質(zhì)發(fā)生欠電位沉積，高可逆的化學(xué)吸附、脫附或氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的法拉第準(zhǔn)電容（pseudocapacitance）。超級(jí)電容器的性能與電極材料、電解液及其使用的隔膜有關(guān)，而電極材料是其中比較主要的因素，因?yàn)樗浅?jí)電容器的重要依托，電極材料性能的好壞直接影響到電容器性能的好壞。目前用作超級(jí)電容器電極的材料主要有三類：碳材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料。

　　2碳材料碳是比較早被用來制造超級(jí)電容器的電極材料。從1954年Beck發(fā)表的相關(guān)專利以來，至今己經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷史了。碳電極電容器主要是利用儲(chǔ)存在電極/電解液界面的雙電層能量，其比表面積是決定電容器容量的重要因素。理論上講，比表面積越大，容量也越大，但實(shí)際上通常只會(huì)提高M(jìn)量比容量，更重要的體積比容量會(huì)降低，而且導(dǎo)電性下降研究發(fā)現(xiàn)，高比表面的碳材料雖然具有較大的比表面積，但實(shí)際利用率并不高，因?yàn)槎嗫滋疾牧现锌讖酱笮〔灰粯樱譃槲⒖祝?2nm）、中孔（2~50nm）、大孔（>50nm），而只有大于2nm（水系）或5nm（非水系）的孔才對形成雙電層有利，所以在提高比表面積的同時(shí)要調(diào)控孔徑分布。除此之外，碳材料的表面性能（官能團(tuán)）、導(dǎo)電率、表觀密度等對電容器性能也有影響。現(xiàn)在己有許多不同類型的碳材料被證明可用于制作超級(jí)電容器的極化電極，如活性炭、活性炭纖維、碳?xì)馊苣z、碳納米管以及某些有機(jī)物的裂解碳化產(chǎn)物等。

　　2.1活性炭（AC）目前己制備出比表面積超過3000m2/g的活性炭材料，但用于超級(jí)電容器電極時(shí)其真正的利用率僅為30%左右，因此，目前通常使用的AC比表面積為1500m2/g左右，一般不超過2000m2/g，其比較篼比容量達(dá)到280F/g（水系電解液）和120F/g（非水系電解液）。

　　活性炭材料的電導(dǎo)率是影響超級(jí)電容器充放電性能的重要因素之一。對于活性炭材料，其電導(dǎo)率隨材料表面積的增加而降低，一方面是因?yàn)椴牧衔⒖卓妆谏匣钚蕴康暮琭i隨表面積的增大而減小：另一方面是活性炭材料的電導(dǎo)率與活性炭顆粒之間的接觸面積以及活性炭顆粒所處的位置有密切的關(guān)系在大比表面（1420m2/g）的非導(dǎo)電活性炭中加入小比表面（220m2/g）的導(dǎo)電碳黑，當(dāng)碳黑達(dá)到25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、在1M的KOH水溶液中、電壓掃描速率20mV/s時(shí)比較大比電容為108F/g，研究認(rèn)為復(fù)合電極的比較大電容童與碳黑含童有關(guān)，當(dāng)碳黑低于一定限度時(shí)，電容主要受電極一端電子阻抗影響。

　　2.2碳?xì)饽z碳?xì)饽z是一種新型輕質(zhì)納米多孔無定型碳素材料，其孔隙率高達(dá)80%~90%，比表面積高達(dá)500~1000m2/g，密度變化范圍廣，結(jié)構(gòu)可調(diào)。它的大比表面積和高電導(dǎo)率使其成為超級(jí)電容器和可充電電池理想的電極材料*WencuiLi等⑴用甲酚、間苯二酚和甲醛（CmRF）合成的碳?xì)饽z制備電極，比表面在400~700m2/g，在1.0mol/LH2SO4水溶液中測得其容量為104F/g（77F/cm3）雖然碳?xì)饽z是一種很好的電極材料，但由于其制備繁瑣費(fèi)時(shí)，價(jià)格較高，給其應(yīng)用帶來了一定的困難* 2.3碳納米管（CNT）碳納米管做超級(jí)電容器電極材料有其優(yōu)越性：結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好、比表面積大、微孔集中在一定范圍內(nèi)。碳納米管的孔結(jié)構(gòu)主要由相互纏繞的管間表面空形成，碳納米管的空隙是相互連通的，因此也就不存在所謂的“死孔”，所有的孔都是對外開放的。

　　同時(shí)由于其孔是由管間空隙形成，孔徑在2~50mn之間，全部屬于中孔范圍，所以碳納米管在作為雙電層電容器的電極時(shí)，具有很高的比表面積利用率。對于活性炭等電極材料來說，其微孔面積隨熱處理溫度的升高而呈線性下降，因此在制備碳與粘結(jié)劑的復(fù)合電極時(shí)，其碳化溫度和時(shí)間都受到一定限制。但是在制備碳納米管時(shí)，中孔面積幾乎不隨溫度升高而改變，和碳纖維一樣，通過化學(xué)處理，碳納米管表面可以吸附上豐富的官能團(tuán)，其電容量可提高30%以上t61.由于碳納米管有較大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)，因而它有較好的吸附性能，適合與其他材料組成復(fù)合電極。E.Frackowiak等用多種方法對多層碳納米管進(jìn)行改善，一種是通過在多層碳納米管上被覆導(dǎo)電聚合物（如PPy），其電容童從50上升到180F/g，循環(huán)次數(shù)超過2000次。另外用K0H對多層碳納米管進(jìn)行化學(xué)活化也表現(xiàn)出很好的效果，其比電容從上升到90F/g*為提高碳材料的表面利用率和改菩其導(dǎo)電性能，有必要作改性處理，改性的方法通常有兩種，即熱處理和化學(xué)處理，以改變碳材料的物化特性，如：表面形態(tài)、孔徑分布、電導(dǎo)率、潤濕性等。表1是一些常見碳材料的改性工藝。

　　表1碳材料改性方法及結(jié)果方法結(jié)果液相氧化（如稀硝酸）增加表面積、空*率和表面官能團(tuán)濃度氣相氧化（如氧氣）增加表面積、空*率和表面官能團(tuán)濃度等離子處理增加表面枳。空《率和表面官能團(tuán)濃度，提高潤a率，降低內(nèi)阻，增a反應(yīng)催化法性惰性氣體中降低表面積、空*率和表面官能團(tuán)濃度，提熱處理高密度，結(jié)構(gòu)更加石。1、化表面沉積（如納米R(shí)uOO提高潤a羋，降低內(nèi)阻，增任反應(yīng)催化活性3金屬氧化物電極金屬氧化物作為超級(jí)電容器電極材料的研究是由Conway在丨975年研究法拉第準(zhǔn)電容儲(chǔ)能原理開始的。這類電極材料組成的電容器主要是通過在電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間發(fā)生高可逆的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的法拉第準(zhǔn)電容來實(shí)現(xiàn)能盤存儲(chǔ)的，其電容fi遠(yuǎn)大于活性炭材料的雙電層電容，有著潛在的研究前景。近年來金屬氧化物電極材料的研究工作主要圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）制備高比表面積的112活性物質(zhì)：（2）11112與其他金屬氧化物復(fù)合：（3）開發(fā)其他新材料。

　　3.1篼比表面超細(xì)微Ru02電極材料超細(xì)微Ru02電極活性物質(zhì)以其優(yōu)異的催化活性在鹵堿工業(yè)中的應(yīng)用己為人們所知，但作為超級(jí)電容器電極材料僅僅是近年來的事。Ru02電極的導(dǎo)電性比碳電極好，電導(dǎo)率比碳大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在H2S04電解液中的穩(wěn)定性高，可獲得較高的比能量，目前的研究工作主要集中在進(jìn)一步提高其比表面積及利用率上。

　　J.P.Zheng和T.RJow采用溶膠凝膠法制備了無定型水合Ru02電極材料，所得電極比電容達(dá)720F/g，比以往報(bào)道的同類物質(zhì)的比電容高兩倍。這種超細(xì)微Ru02粉體在175*C熱處理后制成的電極其單電極的比容量高達(dá)760F/g，且在-5丨73*C可連續(xù)充放電60000次以上。Zheng等分析認(rèn)為，在無定型水合氧化釘中H+很容易在體相中傳輸，不僅顆粒外層的RU4+和H+作用，體相中的Ru4+也能與H+作用，從而大大提篼了電極的比電容。而晶體結(jié)構(gòu)11112做電極時(shí)，電解液不易進(jìn)入電極材料內(nèi)部，只在材料的表面發(fā)生反應(yīng)，所以雖然晶體結(jié)構(gòu)RU2的比表面積大，但實(shí)際比容置卻比其無定型水合物小得多，由此可見，無定型態(tài)結(jié)構(gòu)比晶體結(jié)構(gòu)11112更適合做超級(jí)電容器電極材料。

　　雖然晶體結(jié)構(gòu)Ru02及其無定型水合物表現(xiàn)出了良好的電容特性，但Ru是一種貴金屬，其價(jià)格十分昂貴，大規(guī)模的應(yīng)用尚不能實(shí)現(xiàn)，因此人們正在力圖尋找Ru02的替代材料或提高其利用率。

　　3.2Ru02復(fù)合電極材料研究者用sol-gel方法先后制備了11112與MoO，的混合物、與丫01的混合物、與Ti02的混合物、與Sn02的混合物等活性物質(zhì)。

　　（如SrRuO）進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其準(zhǔn)電容可以通過改窮合成條件以及其他金屬離子在A位或B位的取代得以提篼當(dāng)20mol%的Sr被La取代后比電容增加，Mn在B位上以20mol4/.取代Ru，在沒有減小電位窗的同時(shí)提高了電容量，另外通過優(yōu)化組分和工藝路線，比電容可達(dá)270F/g.HansungKim，把制備的聚3-甲基噻吩（pMeT）n/p型摻雜的超級(jí)電容器和混合電容（陽極是P型摻雜的pMeT，陰極是活性炭）與雙電層電容性能的比較，n/p型摻雜的超級(jí)電容器由于其較低的放電容量，還未能完全超越雙電層電容，但由于其有較高的放電電位，所以能滿足高電壓領(lǐng)域的要求，而混合電容由于其平均比功率和比較大比功率以及在1.0V以上有較篼的比能量，其性能超越了雙電層電容。同時(shí)，pMeT還有較高的性價(jià)比聚1，5-二氨基蒽醒（PDAA）作為電極材料，由于其分子鏈上醌基和共軛體系的貢獻(xiàn)，其工作電位范圍為-1.5~1.0V，用PDAA作為電極材料制備的電化學(xué)電容器表現(xiàn)出較高的比能童（25~46Wh/kg）和較高的比功率=雖然導(dǎo)電聚合物超級(jí)電容器具有可快速高效放電、不需要充放電控制電路、使用壽命長、溫度范圍寬、不污染環(huán)境等特點(diǎn)，但真正商業(yè)應(yīng)用的電極材料品種還不多，價(jià)格也較高。今后重點(diǎn)應(yīng)放在合成新材料，尋找具有優(yōu)良摻雜性能的導(dǎo)電聚合物，提篼聚合物電極的充放電性能、循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定性等方面。

　　5結(jié)語由于優(yōu)異的高功率連續(xù)充放電性能及寬使用溫度范圍等特性，超級(jí)電容器早己引起了世界各發(fā)達(dá)國家和國際性大公司的重視，日本設(shè)立了新電容器研究會(huì)，美國成立了SupercapacitorSymposium，并對全密封電容器制定了發(fā)展目標(biāo)，近期目標(biāo)為：比功率500W/kg，比能量2.5Wh/kg；遠(yuǎn)期目標(biāo)為：比功率1500W/kg，比能量15Wh/kg.僅就實(shí)用而言，碳材料無疑是目前超級(jí)電容器各類電極材料中比較具吸引力的，導(dǎo)電聚合物、金屬氧化物等作為電極材料處于探索之中今后超級(jí)電容器電極材料的研究S點(diǎn)將集中在己有材料制備工藝及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，兼具法拉第準(zhǔn)電容和雙電層電容新材料的開發(fā)，篼性能材料的規(guī)模化生產(chǎn)，以適應(yīng)市場對高性能、低成本、性能穩(wěn)定移動(dòng)電灞技術(shù)的需求，