Ni/MnO2复合纳米材料的制备及其超级电容器性能的研究(2)
4.实验数据及实验数据分析 16
4.1XRD 16
4.2 SEM 17
4.3 TEM: 19
3.4 CV 20
3.5 EIS 22
结论 25
1.引言（或绪论）
社会的急速发展推动着能源领域的飞速发展，现代工业对传统能源的消耗，传统能源伴随着能源短缺，环境人口，成本等众多问题迫切需要寻找可替代的能源。
在众多的能量存储和转换设备中锂离子电池和超级电容器成为人们关注的焦点，尽管锂离子电池的能量密度能达到180 Wh /kg ,但锂离子电池的功率密度确是其受限的重要原因。因此，超级电容器需要担当起能源领域的发展，但是必须补充的是本论文并非着眼与超级电容器取代锂离子电池的可能性而是单纯讨论超级电容器的优点。超级电容器也叫电化学超级电容器，是通过电解质的极化来来实现能量的转换与存储，利用双电层原理（当有外加电压加到超级电容器的两个极板上时，和普通电容器一样，超级电容器的极板正电极存储正电荷，而负极板存储数量相应的负电荷，所以能在超级电容器的两极板产生电场作用，从而使电解液和电极间的界面上形成相反的电荷，使得达到平衡电解液的内电场的目的，这种正电荷和负电荷在两个不同相之间的接触面上，正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置）或是附加涉及电吸过程或表面氧化还原反应取得了循环寿命好，功率密度大的一系列优点。基于这些优点2008年北京奥运会，一项被称为Loading-leveling 的新技术应运而生，即采用超大容量电容器与传统电源构成混合系统“Battery-capacitor hybrid”，从而使超级电容器的研究与制作被推向一个新的高潮。而由欧共体赞助、欧盟七国实施的joule-Ⅲ计划，日本的“新阳光计划”中均列出了超级电容器的研制，National,Elna,Hitachi,Muruta等多家公司都竞相争取占领占据国际市场，美国将原 “星球大战计划”中超级电容器内容解密，由Cooper公司研发并投向市场，俄罗斯则已制成全电容器助力汽车，并提供技术出口。国内除先前哈尔滨传感器研究所和大庆公司的工作外，先后出现了北京金正平公司、上海奥威公司、清华大学、电子科技大学，北京航空航天大学等积极投入，并取得了可喜的进展。
1.1 超级电容器的分类
超级电容器可分为双层电容器（EDLCs）和赝电容电容器（FS）。
1.1.1 双层电容器
双层电容器通过正负电荷驻留在由真空或者分子绝缘层隔开的两个界面上，完成静电积累过程，在电荷的储存过程中是没有感应电流的，也就是说，理想情况下电极接触面上没有发生电子的迁移，并且电荷能量的储存都是静电学的过程。双层电容器电极电荷的聚集的机理主要是表面溶解和离子吸附（主要是电解液和缺陷处的吸附）。
如图 1所示为一个双层电容器的示意图。如果两个电极的表面可以表示为Es1和Es2,阴离子表示为 ,阳离子可以表示为 ,电解液和电极的表面表示为∥,那么双层电容器的充放电过程可以表示为 ：
正极 ：
负极 ：
1.1.2 赝电容电容器
与双层电容器不同，当电压加载在电容器两端时，电极材料发生快速的可逆的氧化还原反应，同时也进行双层电容器的过程。现在主要的赝电容材料包括 。发生在电极反应主要有三种形式：可逆的吸附过程，例如在铂或者金表面吸附氢气的过程。过度金属的氧化反应，如 。在导电聚合物中发生的掺杂——去掺杂的过程。法拉第电化学过程的超级电容器不仅扩大了电容器的工作电压，而且增加了电容器的比表面积。由于赝电容电容器的电化学过程发生在表面和近表面，所以赝电容电容器的能量密度和电容值都远远好于双层电容器。据Conway的研究表明，赝电容的电容值要比双层电容器高10-100倍。但是赝电容也是有缺点的，赝电容主要是在电极处发生氧化还原反应，因此其功率密度会相对于双层电容器低，于此同时与电池一样，其缺乏稳定的循环性能。