导电高分子超级电容器电极性能测试方法研究(3)
图1.1 超级电容器结构框图
1.1.2 超级电容器的应用与发展
自从1957年Becker[5]申请了第一个超级电容器专利后，便在世界范围内掀起了超级电容器的研究热潮，然而直到1978年由Panasonic/Matsushita公司开发的超级电容器产品才在市场上出现[6]。由于具有高的能量密度、较长的循环使用寿命、环境友好和安全性高等优点，超级电容器可以广泛应用于交通、移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等领域[7-8]。随着对超级电容器电极材料和器件结构的深入研究，研究者认识到要提高电容器的综合性能，关键在于寻找合适的电容器电极材料。
传统上讲，电容器的构造都是将一系列平行排列的导电金属板用绝缘材料分隔而成。根据所充电压的不同，在各个板上就会形成相反的电信号。充电量是用mF和μF来计量的[9]。在最近的时间中，电容器得到了发展，其电容量已经可以达到成百甚至上千法，而这种电容器通常被称为超级电容器，或者终极电容器，并且这种电容器最初是由碳的高密度表面区域构建而成[10]。
在现有的对超级电容器材料的研究中，有三种常见的材料：多孔碳材料(活性炭、碳纤文、碳纳米管等)，金属氧化物以及导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物)。在这三种材料中，多孔碳材料和金属氧化物作为电容器电极的研究已有较多的报道，而导电聚合物作为电容器电极的研究相对起步较晚。由于该类材料具有成本低、比容高、充放电时间短等优点，近年来成为超级电容器电极材料研究的热点。
与国外相比，我国超级电容器的研究起步晚，始于20世纪90年代末，目前国内研制超级电容器企业有天津力神公司、上海奥威科技开发有限公司、北京集星联合电子科技有限公司、哈尔滨巨容新能源有限公司、锦州富辰超级电容器有限责任公司等。国内研发和生产的超级电容器主要用于民用，如各种电动交通工具的辅助电源、UPS系统、电磁开关、安全气囊、电站峰谷电力平衡、电动起重机的吊件位能回收等高功率用电场，天津力神公司与美国Maxwell公司合作，产品性能达到国内领先。上海奥威科技开发有限公司以开发超级电容器电动汽车为研发目标，并将上海11路公共汽车定为超级电容电动车的示范线，开始了商业化运营，北京集星联合电子产品主要以卷绕型活性炭纤文布作电极，生产高电压和高容量的有机超级电容器。这一产品不断地得到市场的认知，市场的拓展也在成几何倍数增长。
1.2 聚苯胺
1.2.1 聚苯胺简介
聚苯胺（Polyaniline）一种重要的导电聚合物。 聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种特殊的导电聚合物。
自1984年发现聚苯胺(PANI)的导电特性以来，聚苯胺以其良好的化学稳定性[11] 、快速的脱掺杂能力引起了广泛的关注。导电聚合物电容器的原理[12-13]是在聚合物表面产生较大的双电层的同时通过电极上导电聚合物中发生的快速可逆的n型/p型掺杂或去掺杂的氧化还原反应，产生很大的法拉第电容，从而使聚合物存储高密度电能。聚合物作为电化学电容器和电池的贮能材料, 其氧化还原转变、转变机理与稳定性、掺杂/去掺杂过程与离解等性质均与聚合物本身结构有关，可通过单体结构的改性如引进不同杂环结构以及制备条件如聚合温度等因素来调整。导电聚合物是一类发展前景很好的电化学电容器材料，具有比功率高、比能量高以及无环境污染等优点。目前导电聚合物电容器的研究主要集中在两个方面: 一是开发新型导电聚合物，不断提高其比容量；二是将导电聚合物薄膜修饰在高比表面如AC上，组成复合电极 [14] 将醌类物杂化到聚苯胺中形成1，5-二氨基蒽醌( DAAQ )，再使聚合成为二-二叠超分子低聚合物。