碳纳米材料技术文献综述(3)
(2) 还有碳纳米管在超级电容器中也扮演着越来越重要的角色，其在超级电容器中的应用受到了科学界广泛的关注。因为碳纳米管具有类似石墨的化学键，结晶度高，导电性好，呈准一文电子结构，所以有大量离域电子可沿管壁朝一个方向移动，因而能携带高电流。碳纳米管的另一个重要特点是具有独特的中空管腔结构呈交织网状分布，且微孔大小可通过合成工艺加以控制。由于碳纳米管具有大的比表面积，合适的孔结构和高导电性，被认为是超级电容器的理想电极材料。
Niu等(20〕首先报道了用烃类催化热解法制得的相互缠绕的CNTs制成薄膜电极，并测得了其用作ECS电极材料的性能。他们制得的CNTs管径多集中在 8nm左右，比表面积为430 m2/g，用HNO3处理后，过滤、洗涤、干燥，最后组装成单一电容器，以38(wt)%的H2SO4为电解液，在0.001~100Hz的不同频率下，比电容量达到49~113 F/g，功率密度大于8 kw/kg，CNTs电极片的电阻率为116×10-28 cm，其等效阻抗(ESR)为0.0948。马仁志等[21,22]将乙炔/氢混合气在高温下用Ni催化裂解制得CNTs，经HNO3纯化后，用不同工艺制成CNTs固体电极，在38(wt)%的H2SO4中得到比电容量为15~25 F/cm-3，高温热压纯化CNTs或采用粘结剂压制成型的固体电极经化学处理后，体积比电容量可达107 F/cm-3。
An等[23,24,25]研究了用电弧法合成的SWNTS用作ECS电极材料的性能，考察了其受粘结剂、炭化温度、集电极、充电时间、放电电流密度等因素的影响。用镍箔作集电极，715 mol/L的KOH为电解液，在0.9V时，获得最大比电容量180F/g，功率密度为20kw/kg，能量密度为 6.5~7 Wh/kg，表现了良好的电双层特性。Fraekowiak等[26,27]用KOH活化后的MWNTs制成ECs 电极(操作过程同上)，以溶解在乙睛中的 114mol/L四乙基四氟化硼酸钱盐 (TEABF4)为电解液，比电容量为65F/g，比未活化前的15 F/g有了较大提高，而且当扫描速度为 2mV/s和 10mV/S时，活化CNTs在有机电解液中表现出良好的充放电性能，近似于理想的方形电压电流扫描曲线。江奇等(28)用化学气相沉积法制出CNTs，在1.23K用KOH活化，取80(wt)%的活化CNTs与10(wt)%的乙炔黑和10(wt)%的聚偏氟乙烯粘结剂作ECs电极，铝箔为集电极，溶解在乙烯碳酸酷(EC)和二乙基碳酸酷(DEC)(V(EC):V(DEC)=1:1)中的1mol/L LiClO4为电解液，在298K下，充放电电压为0~3 V，充放电电流密度为313 A/m2，获得CNTs的比电容量比未处理的CNTs多1倍，达50 F/g。
不同方法制备出的碳纳米管由于微观结构、形态存在较大的差别，再加上电极成型工艺、所用电解液体系和测试方法等的不同，电容性能差别很大。目前的研究多集中在碳纳米管的制备方面，针对其微观结构与电化学性能的关系等理论问题的研究较少，还缺乏清晰的认识，今后应加强这方面的工作以指导碳纳米管的制备和筛选。碳纳米管比表面积小，比容量偏低。化学活化可以显著提高其比表面积，增大其比电容。将碳纳米管与准电容材料金属氧化物或导电聚合物复合，可以发挥各自的优势，弥补不足，并产生协同效应，从而得到低成本、高性能的复合电极材料，将是今后发展的一个方向。
(3) 此外碳纳米管应也用于锂离子电池中，主要集中于将其作为电极材料的导电添加剂或直接作为自支撑电极材料使用。近几年，关于碳纳米管应用于锂电的研究报道非常多，总体而言，碳纳米管对于锂离子电池的作用是通过将锂离子稳定在碳纳米管表面或内部来增强锂离子的有效扩散效果。另外，实验证明锂离子完全可以插入到多壁碳纳米管的管壁处或单壁碳纳米管的管束之间来进行充放电反应，因此通过理论计算得到的单壁碳纳米管可逆充放电电容值超过1116 mAh/g[29]。