超级电容器的电极材料及应用

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超级电容器的电极材料及应用

作者：罗玉馨董小凤罗梦琪谭亚梅卓春蕊杨光敏

来源：《科技视界》2017年第11期

【摘要】本文主要从超级电容的电学性能、元件的结构和原理、电极材料等多个方面讨

论超级电容的储能机理。分别讲述双电层电容器，法拉第电容器以及混合电容器的结构构造和其储能机理。还探讨了电极材料对于超级电容器的储存电量的影响。本文尤为重要的介绍了碳材料，金属氧化物，导电聚合物等三种材料选取对于超级电容器性能的影响。最后讨论一下超级电容器目前的最新发展和实际应用情况。

【关键词】超级电容器；双电层电容器；赝电容电容器；电极材料；应用

1 超级电容器的研究背景及意义

超级电容器，又叫电化学电容器。与传统意义上的电容器有着不同的储能机理，该电容器依靠被氧化还原的赝电容电荷与双电层来储存电能。作为介于传统电容器与电池之间的一种新型电源，超级电容器具备着很多的优点。例如，能长时间循环使用，放电时间短，功率密度高以及不受温度影响等一系列其他电容器所不能比拟的优点。所以，超级电容器被广泛的应用于工业控制，城市公交系统，铁路枢纽，航空航天等大型设施建设中。尤其在国防科工，通信航天等领域中，有着巨大的市场潜力和应用价值。

从十九世纪70年代至今，超级电容器的发展历经了很多重要的历程：上世纪五十年代末，有科学家提议把由金属片构成的双层电化学电容器替换成由多空碳材料构成的电容器，并得到了实践的证明，换句话说，此时电化学电容器得到了飞速的进步；世界上第一个商用超级电容器于1971年问世，这标志着超级电容器已经开始进入市场化运作阶段；二十世纪八十年代，由于引进了赝电容电极材料，超级电容器的能量密度得到了大幅度提升，达到了从未达到过的法拉级别，至此，所谓的电化学电容器才被冠以真正意义上的超级电容器；九十年代，超级电容器的发展前景被西方发达国家看重，他们纷纷提出了为该电容器服务的重大战略。“短，中，长”计划由美国提出，希望通过对超级电容器的研究，能够给予F22战机更为先进的电磁弹射装置，而欧盟国家联合提出了超级电容器汽车项目。不过可悲的是，现在最大规模的超级电容器汽车即特斯拉公司却在美国硅谷中运行。不甘于落后的日本列出了“新阳光计划”旨在加速超级电容器的研究，来带动一系列的岗位以及就业问题。到了二十一世纪，我国对于超级电容器的储能机理有了新的研究方向，现已成为超级电容器输出强国。

2 碳材料在储能电极材料的中的应用

众所周知，储能材料决定着超级电容器的功率和能量密度。所以，对于储能材料的研究就成为了对超级电容器研究的重中之重。在对于混合型电容器的研究，科学家们发现了用纳米碳材料作为电极能得到更加明显的储能效果。这种电容器是由半个双电层的碳电极与半个含有无