水热合成Co3O4@MnO2纳米片多层次复合纳米结构用于超级电容的研究(3)
1.2.2 法拉第赝电容
法拉第赝电容式超级电容器的另一种工作模式。法拉第赝电容是在电极表面或在电极材料内部，电极活性物质在合适的电压窗口中发生高度可逆的氧化还原反应，仿佛具有向普通电容一样的电荷存储能力。传统的物理平板电容由电极表面电荷密度与所施加电势的比值来描述，其电荷以静电方式存储于电容器电极界面上。与传统双电层电容器不同的是，法拉第赝电容的过程由电极中的活性物质通过得失电子发生氧化还原反应来存储电量。若电极材料是具由较大比表面积的活性物质组成，就会提供很多的电化学反应位点，意着有相当多的这样的电化学反应发生，大量的电荷就被存储在电极中。通常，在电极的比表面积相同的情况下，法拉第赝电容器的比电容是双电层电容器的 到 倍。
1.3 超级电容电极材料
目前，作为超级电容电极而使用的材料主要有三种[1]：碳材料、金属氧化物以及导电聚合物。
1.3.1 碳材料
碳电极材料是超级电容器电极材料中研究最早的一种。自从1957年Beck发表的相关专利开始，先后发展出不同形态的碳材料，例如多孔碳材料，活性碳纤文,活性炭，炭气溶胶，碳纳米管以及石墨烯。碳材料主要是通过形成双电层来提供电容，因此增加其比表面积，可有效的增大电容容量。
1.3.1.1 活性炭材料
活性炭又称活性炭黑。是黑色粉末状或颗粒状碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。活性炭在结构上由于微晶碳的不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生一定的组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。其应用和工业生产由来已久，它也是超级电容器最早采用的电极材料。其优势在于制备活性炭的原料来源丰富，石油、煤、木材、树脂等都可用来制备活性炭粉。活性炭的制备通常要经过调制和碳化两步，碳化方法分物理碳化和化学碳化，原料和制备工艺决定了活性炭的物理和化学性能。二十世纪末，科学家们开始采用超高比表面积活性炭来提高双层电容器的容量。然而利用这种活性炭用作双层电容器电极，效果并不理想，因此又研发了同时具有较好孔径比以及比表面积性能的活性炭材料[9]。随着活性炭制备技术的提高，新的制备工艺和新材料不断出现。例如近些年开发的炭小球 ，具有比表面积高、多孔疏松结构、低电阻等特点，特别适合制备超级电容器电极。 [10]。
1.3.1.2 炭气凝胶
由于活化碳材料通常不具有良好的孔径分布，造成了电容的损失，经研究者的努力，出现了炭气凝胶这种新材料。炭气凝胶是一种轻质、多孔、非晶、块体纳米炭材料，其连续的三文网络结构可在纳米尺度控制。它是一种新型的气凝胶，孔隙率高达80～98%，典型的孔隙尺寸小于50nm，网络胶体颗粒直径3~20nm， 比表面积高达600~1100 。它最早的制备方法是将间苯二酚和甲醛按摩尔比1：2混合后，溶解在适量的去离子水中，用碳酸钠作为碱性试剂，经一系列处理后得到炭气凝胶。这种方法制得的炭气凝胶的比表面积为 。
1.3.1.3 碳纳米管材料
1991年，日本专家lijima利用电弧法在TEM下发现了由纳米级碳分子组成的碳纳米管[11]，这种一文碳材料由的吹冰边形网格石墨烯卷曲而成，通常分为多壁碳管和单壁碳管[12]，两端封闭，直径一般为几纳米到几十纳米，长径比可达 。碳纳米管电极的制备方法大致有三种：其一是粘合剂成型法，其二是直接通过化学气相沉积在不同衬底上生长。其三是利用电弧法对石墨施以一定强度的电弧。碳纳米管单位比表面积为大约 ；用聚合物做隔膜，在有机电解液体系中最高比容量可达 ，此外，在导电聚合物中添加多壁碳管制备复合材料时可以获得 的比容量以及超过 的循环寿命[13]，此外，再经过进一步改进，利用多壁碳管作为导电添加剂加入 电极材料中，每1%的多壁碳管可以提高 的比容量[14] 。