致  谢 24

参 考 文 献 25

1  引言

1。1  研究背景与意义

随着人类社会的不断进步与发展，人们对能源的需求也逐渐增大，导致了传统能源(煤、石油、天然气等化石材料)日益匮乏无法[1]，而且燃烧所释放的大量温室气体造成生态环境的逐步恶化，环境问题也变得更受人们关重视，因此新能源（太阳能、地热能，风能和海洋潮汐等）的使用和增加能源利用率变得尤为重要[2-8]，但是目前的科技发展使得人们对新能源的利用还是非常有限，所以利用新型储能装置将可再生能源储存起来才是最明智的选择。

超级电容器，作为一种新型储能装置，已经备受人们的关注，它可以存储更多的能量，而且可以快速的充放电，拥有较长的寿命和功率速度，而且循环寿命长，无污染，安全系数高等优点。因此超级电容器在汽车，国防军工等方面应用前景良好，但是要让超级电容器成为主要的能量存储器件，需要进一步改善超级电容器的能量及其功率特性。

1。2  超级电容器简介

1。2。1  超级电容器原理

超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器[9]。一般是由电极材料、电解液、隔膜等部分构成，超级电容器的电极主要由电极材料、导电剂、粘结剂等组成，电极材料是化学性能的关键因素，它决定了超级电容器的电化学性能。一般根据电极材料和储能机理超级电容器可分为双电层电容器、法拉第准电容器和混合型电容器[10]。

1。2。2  双电层电容器

双电层电容器的储能机理是根据双电层理论来解释的，即电极工作过程中，电极材料表面和电解液表面会分别积聚电性相反的阴阳离子，通过排列形成双电层一次产生电流；当改变电容器电极的电位时，电解液中的离子将会移动，来适应电极的电位变化，能量会以静电的形式来传递，不像传统电池，双电层电容器只在静电和电能之间装换，并没有电能和化学能之间的转换，因此充放电速度快、电阻小。常见的电极材料有活性炭、碳纳米管和石墨烯等[11]。

（1）活性炭

活性炭具有较大的比表面积、成本低、易加工、资源丰富、无毒害、电导率高等优点[12]。活性炭的比表面积、孔径分布、孔隙的形状结构及分布、表面官能团和电导率是影响超级电容器性能[13]的关键因素。其中比表面积和孔隙分布对电容器的性能影响最大[14]。活性炭目前的制备方法主要是，制备富含碳（如木材、沥青、煤炭等）的有机前驱体，然后再惰性气分下热处理，然后在通过选择性氧化来提高活性炭的比表面积。爱知工业大学工程学院使用柏树木片作为前驱体，在790-940度进行碳化和活化，得到的材料分别在100 mAg-1与10 mAg-1条件下进行测试，结果表明，在大电流测试条件下仍然保留了较高比例的电容[15]。目前对此电极材料的研究方向是继续研发拥有较高比表面积，介孔体积也较大的活性碳材料。

图1 (a)超级电容器放电示意图; (b)超级电容器装置示意图;

(c)双电层电容器原理图; (d)赝电容器原理图

（2）碳纳米管

碳纳米管的导电性远远高于活性炭，其电子传输的距离较短，有利于电子的定向传输。目前对其的改进主要从下面几个方面着手：一是对碳纳米管进行活化改性的处理；二是通过与一些金属氧化物的结合来制作复合电极材料，以此改善电容器的电化学性能；三是在导电基体上原位生长碳纳米管，来降低活性物质和导电基体的接触电极来提高电容性能；四是直接在原料方面入手，选用有序排列的碳纳米管而非杂乱无章的。论文网