聚苯胺与石墨烯复合电极的制备与性能研究(4)
1.2 电化学电容器
电化学电容器具有许多电池与传统电容器无法比拟的优点。电化学电容器充放电时间短、循环寿命长、能量密度高、功率密度大、安全免文护等，是一种绿色的环境友好型储能器件，可以满足不同工作环境下的温度需求。这些优点使得电化学电容器能够满足各种场合需求，如能满足电动汽车在启动、爬坡时对充放电时间的要求，且具有更长的使用寿命。如果将两者结合起来，充分利用电容器的功率特性和电池的高能量存储，不失为一种更好的途径。
电化学电容器由正负电极、电解质、集流体和隔膜组成。传统的储能设备都是由电能转变为化学能，再由化学能转变为电能，两次过程中能量的转变都有损失，而超级电容器直接充电、放电，能量形式没有转变，因而几乎没有损失，充放电效率高。单电极的双层电容是在固体/电解液的双电层中储存电能。双电层的厚度（d）取决于电解液的浓度以及电解质离子的大小，单电极电容量（Cs）可以根据下式计算：
Cs=ε0εrA/d （1）
εr为双电层中水的介电常数，ε0为本体水的介电常数，A为固体电极的表面积。
但是，一个单电机不可能组成一个电容器，需将两个电极串联起来才能构成一个电容器。因此双电层电容器的总电容C计算方法：1/C=1/Cs+1/Cs,即C=Cs/2,由于两个电极的质量是Cs质量的两倍，所以电容器的比容量为C=Cs/4。单电极的比能量计算如下：
Es=CV2/2 （2）
因此，电化学电容器的比能量：
E=1/8CsV2 （3）
根据电能的储存于转化机理，超级电容器可分为双电层电容器、法拉准电容器和混合型超级电容器。按照电解质类型，可以分为水性电解质和有机电解质类型。水性电解质又分为酸性、碱性和中性。酸性电解质多采用H2SO4水溶液。碱性电解液通常采用KOH、NaOH等强碱的水溶液。中性电解质溶液通常采用KCl、NaCl、Na2SO4等盐类的水溶液。有机电解质通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、四氟硼酸四乙基铵为典型代表的季铵盐等，有机溶剂采用碳酸丙烯酯、乙腈等，电解质在溶剂中接近饱和。此外，电化学电容器还可以分为液体电解质超级电容器和固体电解质超级电容器。
图1.2 双电层示意图
双电层电容(electric double layer capacitors,EDLC)是在电极和溶液界面通过电子或离子的定向排列而产生的。双电层电容的充放电原理：当对双电层电容器充电时，溶液中的阴离子、阳离子在电场的作用下分别向正、负极迁移；当外部电压撤销后，电极上的电荷与溶液中的相反电荷的离子相互吸引而使双电层稳定，在正负极间仍然保持相对稳定的电位差；当电容器与外电路相同时，电极上的电荷发生迁移而在外电路中产生电流，电极中的离子迁移到溶液中呈电中性，如图1.2所示。
1.3 聚苯胺
聚苯胺（PANI）的出现已经有一百多年的历史，但其对其导电性的研究只是近几十年的事情，自1984年MacDiamid在酸性条件下，由聚合苯胺单体获得具有导电性聚合物至今的二十几年间，聚苯胺成为现在研究进展最快的导电聚合物之一。其原因在于聚苯胺具有以下独特优势：1、原料易得，合成简单：2、拥有良好地环境稳定性：3、具有优良的电磁微波吸收性能、电化学性能、化学稳定性及光学性能；4、独特地掺杂现象；5、潜在的溶液和熔融加工性。
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