碳基超级电容器电极材料制备及其电化学性能研究(3)
以导电聚合物作为超级电容器的电极材料，主要是利用其掺杂-去掺杂电荷的能力。它除了具有聚合物结构外，还含有由掺杂引入的一价对阴离子或对阳离子，所以，通常导电聚合物的结构分为聚合物链和与链非键合的一价对阴离子或阳离子两部分组成。因此，导电聚合物除了具有高分子本身特性之外，还兼具了因掺杂而带来的半导体或导体的特性。其贮能机理是:通过电极上聚合物中发生快速可逆的n型、p型元素掺杂和去掺杂氧化还原反应，使聚合物达到很高的贮存电荷密度，从而产生很高的法拉第准电容。
1.3 碳材料的优势及其改性
目前在研究的碳材料有：石墨烯、炭黑、活性炭、碳纳米管、碳气凝胶、玻碳等等。碳材料作为电极材料的主要不足为：电极材料的化学稳定性好，双电层电容难以提高，能量密度低，通常小于10Wh/kg，使应用受限。现如今科研工作人员多采用改性活化复合的途径多碳基材料进行改进。
目前改性的方法及效果的如表1.1所示：
碳材料制备的传统方法以物理活化法和化学活化法为主，其特点为工艺路线简单、重复性好，但不容易有效控制活性炭的孔尺寸。为解决这个问题，又相继发展了催化活化法，混合聚合物碳化法，模板碳化法等活化方法[12]。
物理活化法是使用了二氧化碳、水蒸气、超临界水等氧化性气体与含碳材料内部的碳原子发生反应，通过开孔、扩孔和造孔进而形成了孔隙。物理活化剂的气体对碳基活化过程一般可分为如下五步：气相中的活化剂分子向碳材料表面扩散；活化剂通过孔隙由颗粒表面向碳基体内部扩散；活化剂分子与碳发生反应进而生成气体；反应生成的气体由基体内部向颗粒表面进行扩散；反应生成的气体不断的从表面扩散到气相空间。
化学活化法是制备比表面积、孔隙率高的多孔碳材料最常用的方法之一。通常使用KOH、NaOH、ZnCl2、H3PO4作为活化剂，将其与碳质前驱体按一定质量比例相混合，升温至约600oC-1000oC进行活化，能够容易得到比表面积较高、孔隙率较发达的多孔活性炭材料。
催化活化法是指通过在碳材料中添加金属化合物组分，以增加碳材料微孔内部表面活性的一种方法。活化时，包含有金属的纳米颗粒在碳基体中迁移扩散，从而使微孔扩大为介孔，或者金属材料周围的碳原子被氧化进而在碳材料中形成介孔[13]。该方法先由两种热稳定程度不同的聚合物以物理或化学方法混合成型。在碳化阶段，热稳定性较差的聚合物逐渐完全分解成气相产物并逸出，并可在热稳定性较高的聚合物形成的碳前驱体或者最终产物中留下大量的孔隙结构。常用的碳前驱体聚合物有酚醛树脂、糠醇树脂、聚丙烯腈等；造孔剂主要包含有乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯等。
模板法先选用一种具有特殊的孔隙结构的材料作为模板，将目标材料或者前驱体导入模板，使其在该模板材料的孔隙中发生反应，利用模板材料的限域来控制制备过程中的物理和化学反应进程，最终得到微观和宏观结构都可控的材料。模板的结构和引入目标碳材料的方法都能影响到碳材料的最终结构[14]。
由于碳基电极材料具有较好的循环稳定性，但电容量较差，赝电容电极材料具有较高的电容量，但使用寿命较短，为发挥两种材料的优势，使电极材料具有更好的电化学性能，碳基复合电极材料逐渐被广泛关注。
秦川丽[15]等用三聚氰胺甲醛树脂/碳气凝胶复合物经过炭化、KOH活化制得含氮碳/碳气凝胶复合材料。当含氮碳与碳气凝胶的比例为12：1时，得到的复合材料具有最高的比电容为312.8F g
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