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超级电容器电极材料研究与应用现状
【来源/作者】内蒙古农业大学--周凯 【更新日期】 16:10:20
1．碳素材料超级电容器材料的研究
现在碳素材料研究的热点主要集中在具有高比表面积和内阻较小的多孔碳材料和对碳基材料进行改性研究等方面，例如石墨烯、中孔炭、碳气凝胶等碳基材料。
1．1石墨烯在超级电容器中的应用
石墨烯作为储能材料具有很多优异的性能，比如质量轻，导电性好以及价格低廉。它是一种大型的单层Sp2杂化的碳材料，有着独特的电化学性能，这使它在能源储存应用方面有巨大的应用前景。
Mery D．S．等将氧化石墨烯片悬浮在水中，再用水合肼还原，合成了化学修饰的石墨烯(CMG)。CMG由一个原子层厚的碳元素组成，根据需要可以进行官能化。以CMG为电极材料制各的超级电容器，在5．5 mol／L的KOH和有机电解液(1mol／L四乙基四氟硼酸铵(TEABF4)+乙氰或lmol／L TEABF4+氯化丙烯)中的比电容分别为135 F／g和99 F／g，由于电极材料的高导电性，该超级电容器在很宽的循环伏安扫描速率内具有很好的电化学性能。这些令人鼓舞的结果意味着这种石墨烯电极材料在高性能电学储能器件L}J有很大的应用前景。
1. 2中孔碳在超级电容器中的应用
近年来中孔碳材料在超级电容器中的腑用也受到普遍关注，用丁电动汽车的超级电容器要求碳材料不仅有高比表面积，同时能有效扩大孔径，促进双电层在界面的快速形成，并提高器件的高功率性能。研究发现，大电流克放电情况下，中孔碳的比电容稳定．在很宽的电流密度区间能保持高的质量比存量，表现出很好的双电层电容性能。由于多孔碳具有可展的内表商积，其比表商积返1500 m2／g，而超级中孔碳的比表面秘可达3000 m2/g，这使它作为超级电容器材料而备受关注。Wang等制各了一种两亲性的中孔炭材料ACM，他们制备的样品的中孔比例达到了26 9％，表面积达到了3347 m2/g．在一系列的电化学测试中表现出非常优异的性能，在50 mA／g的电流密度下，质量比电容达到了348。
1. 3碳气凝胶在超级电容器中的应用
碳气凝胶具有优越的电化学性能主要归功于它连通的孔洞、均一的孔径、大的孔隙体积、巨大的表面积和优良的导电性吼Bordjiba T等m以多孔碳微米纤维纸(MFCP)作为基底，通过化学气相沉积法(CVD)在表面直接沉积碳纳米管(CNT)，再通过一系列复杂的反应和操作在碳纳米管表面合成碳气凝胶(CAG)最终在多孔碳纤维纸基底上形成了碳纳米管气凝胶(CNAG)。这种碳纳米管气凝胶表现出不同凡响的高比电容。
2. 导电聚合物及其复合材料的研究
导电聚合物作为电容器电极的研究起步相对较晚。由于该类材料具有成本低、比容高、充放电时问短等优点，近年来也成为超级电容器电极材料研究的熟点。其贮能机理是：通过电极上聚合物中发生快速可逆的11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，从而产生根高的法拉第准电容，其中具有代表性的聚合物有聚苯胺、聚吡略和聚噻吩。
2. 1聚苯胺类电极材料在超级电窖器中的应用
聚苯胺具有很高的理论比容量(720-1 530 F／g)、高密度、良好的导电性和化学稳定性，且价格低廉。自被发现适当掺杂可以导电后受到研究者的r泛关注。由于具有成本低、易聚合、稳定性好、易掺杂、高比容量等优点，聚苯胺在超级电容器巾被广泛用于电极材料。Yah等在多孔碳表面生长了一层聚苯胺纳米须屯极材料。通过化学氧化聚合，在有序多孔碳外表面(CMK-3)成功合成了垂直生长的聚苯胺纳米须(PANI-NWs)结构的电极材料。通过比表面积测试。PANI含量为40％的时候，比电容值可达470，在1A幢电流密度下循环测试1000次后，电容保持率司达904％。Cho等IJ”制各了多孔聚苯胺超级电容器电极，组成电极的纳米结构的孔径为30-150，多孔结构使得电解质中的离子在电极和电解液界面快速扩散。对电极进行电化学性能测试，发现该电极具有比传统聚苯胺更优异的电化学性能，在0-25A／g的电流密度下，比电容高达361，是所制备的非多孔聚苯胺电极电容值的两倍。此外，该电板也表现出优异的循环稳定性以及倍率性能。
2．2聚吡咯类电极材料在超级电容器中的应用
聚毗咯(PPy)也是一类用途很广的导电聚合物材料，由于具有良好的环境适应性、高的电导率、较好的氧化还原性、易制备等优势，成为超级电容器电极材料研究的焦点之一。
Sharma等通过脉冲电化学方法制备了多孔PPy电极，PPy的表面形貌与所给脉冲信号有密切关系。脉冲信号较短时所得材料比较好，信号较长时会使PPy的缺陷增加；在0．5mol／L的H2S04溶液中测试电容性能，发现比电容高达400 F／g，能量密度达250 Wh／g，并且经10000次充放电测试其比电容衰减很小。Zhou掣201先在泡沫镍上合成了CoO纳米线阵列，再在此阵列上包上一层聚毗咯，由此合成出复合电极材料。将其制备成电极，进行电化学测试，可获得2223 F／g的超高比电容，相应地，若不包覆PPy而直接做成复合电极材料，同等条件下，得到的比电容仅仅只有842 F／g。由此可推断，该方法制备的电极能为电容器电极的研究提供较好的方向，推进聚吡咯在超级电容器中的发展。
2. 3聚噻吩类电极材料在超级电容器中的应用聚噻吩类用于超级电容器主要是通过对嚷吩进行一定的修饰再制备成相麻的电极材料。聚噻吩类材料作为电容器电极材料的应用主要集中在其衍生物，对聚噻吩的研究较少。噻吩经修饰后可得到的衍生物很多，能满足超级电容器性能且研究比较活跃的是PEDOT聚合物。Lee等以多孔阳极氧化铝为模板，通过电化学沉积法将Mn02和PEDOT沉积到溅射过Au的不同形状(环状和平顶状)的纳米电极上，形成直径约为200的共轴MnO胛EDOT纳米线。共轴MnO—PEDOT纳米线的结构和电化学性能可以通过共沉积过程进行调整，在共沉积电位为0 7 V(wAg／AgCI)时，共轴MnO．dPEDOT纳米线表现出最高的比电容270 F。导电聚台物是一类极具发展潜力的电化学电容器电极材料，具有高比能量、赢比功率和对环境无污染等特点．但是目前己开发的导电聚合物材料的热稳定性
3. 金属氧化物超级电容器材料的研究
与蓄电池相比，超级电容器具有较高的功率密度：与传统电容器相比，超级电容器具有较大的容量和较高的能量密度，且工作温度范围宽、循环寿命长。属氧化物超级电容器的储能以赝电容为主，其电极材料主要有贵金属氧化物和贱金属氧化物。此外，在贵金属氧化物电极材料中，Ru02是研究最多的材料，除此之外，Ir02和RhO材料作电极，有着与Ru02电极类似的赝电容特性。它们都有良好的电导率，可以获得较高的比容量和更高的比能量，但价格昂贵，因此要寻找其替代材料或添加其他材料，以减少其用量，而贱金属氧化物及其复合物赝电容材料就是很好的替代品。金属氧化物电极材料主要是过渡金属氧化物材料，包括Mn、Co、Ni、V等金属组成的氧化物，虽然其电化学性能和贵金属相比还有一段差距，但是随着研究的深入发展，贱金属及其复合材料取代贵金属面向市场化作为超级电容器电极材料已是必然的趋势。因此本研究的重点也集中在贱金属氧化物及其复合物电极材料的制备与性能研究。
3．1氧化镍电极材料及其性能
镍基氧化物中，NiO和Ni(OHh是研究较多的贱金属过渡金属氧化物，作为超级电容器电极材料在氧化还原过程中可逆性好，反应速度快。Kim通过溶胶一凝胶法合成了三种不同形貌的NiO纳米结构，其中花状NiO纳米结构的比表面积为1 59 ，其电化学性能最优异，在0．5 A／g充放电电流密度下比电容值为480F／g，高于其他两种形貌的NiO。Han等通过简单的化学沉淀以及退火过程，制备了山多孔纳米片组成的纳米微球分级结构。该结构不仪结晶性好，而且比表面积高达182 m2／g。电化学测试发现，在4．5 A／g的条件下，L-L电容达到463，且在0．5 A／g的条件下循环允放电1000次，比电容保持为原始比电容的95％，表现出良好的循环稳定性。
3. 2氧化钴电极材料豆其性能
氧化钴和氢氧化钴也是一类研究较多的过渡金属氧化物，因其理论比电容值高而受到了广泛的研究。在兰电极系统下测试发现，在电流密度为l A／g下，毛刷状Co304纳米线和放射花状C0304纳米线的比电容分别为l 525 F／ F幢。在晒电极测试下。电流密度为025A／g时，毛刷状Co304纳术线的比电容为9ll F／g。在40A，g时比电容高达784 F／g。作为对比，放射花状Co304纳米线在0 25 A／g和40 A／g时的比电容分别为620 F／g和423 F／g。毛刷状C0304纳米线的功率密度和能量密度非常高，分别为71 kW／kg和81 Wh／kg，而且高于放射花状Co304纳米线的功率密度(37kW／kg)和能量密度(55 Wh／kg)。两种电极材料都表现出很好的循环稳定性，在连续充放电5000扶测试后，仍然能保留91-94％的初始电容值。Yuan等以泡沫N沩衬底，通过恒电压沉税法在衬底上生长了一种耋：EC03q纳米片阵列。BET测试发现，其比表面积达118m2／g，孔径大约为2-5 nm。电化学性能测试发现，在2 A幢电流密度下，其质量比电容高达2735 F／g，面积比自蝴2300，在变化的电流下循环测试3000次之后比电容仍然能够保留初始值的990／0。
3. 3氧化锰电极材料及其性能
辟管镍基和钴基过渡金属氧化物电极材料已有很多报道，但是锰基过渡金属氧化物以其高丰度，绿色环保．价格低廉等优点受到了更广泛的关滓与研究。而且氧化锰电极材料在绿色的中性电解液中使用即可表现山比较理想的电容性能，不需要像氧化镍和氧化钴村料一样矗强酸或强碱环境下才具备优异的性能。此外，氧化锰电极材料与氧化镍和氧化钻相比，其工作的电位窗u也比两者宽很多，因此被认为是一种非常具有发展潜力的电极材料。
4. 氧化锰基复台材料
虽然氧化锰这种过渡金属氧化物具有报多优势而被广泛研究，但是II前也存在一些难以克服的挑战。氧化锰的理论比电容值高达1400 ，但是目前的报道离这个值相差很远，圳为氧化锰本身的导电性非常低，即使作为电极材料，其电子传输效率也不高．而且氧化还原反应通常只发生在表面或亚表面。因此，为了克服这个难点，很多研究者都将目光投向了锰基复台材料的研究与制各，提高其导电性或与其他材料复合提高其利用率，虬此提高锰基材料的电化学性能。
随着研究的发展和深入，越来越多性能优异的锰基单和复合物过渡金属氧化物通过各种制备方法渐渐被开发出来。尽管仍然面临一些有待克服的挑战性难题，但是随着研究的不断深入，这些难题终将被克服。
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【关键词】超级电容，电极材料，碳素材料，导电聚合物，过渡金属氧化物，奥科官网&
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如何制备超级电容器电极
如题，请各位小伙伴帮帮忙，灰常感谢！
1.材料是粉末的话，怎么制备电极？
2.如果用泡沫镍做集流体的话，具体怎么做啊？怎么才能保证泡沫镍上都有材料呢，不然会短路吧。
3.除了泡沫镍，还有没有别的集流体可用？或者是别的什么方法？
谢谢各位师兄师姐了。祝好！再次感谢！
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谢谢您。我们这边都没有做电容器的:cry:我自己再好好看看
恩恩，还想请教您个问题，把材料涂在铝箔上，装成扣式电容器的话，和装锂电池的顺序是一样的吧，极片-隔膜-极片-泡沫镍，有活性物质的一面挨着隔膜，为啥充放电时候一会儿就停止了，说是超过了保护电压，您知道是什么问题吗:arm::arm::arm:
如果电容器没有问题那就是工作站设置问题我刚开始的时候也像你一样迷茫，同学给我推荐了，上面很多牛人分享的科研经验，对新手很有帮助，你也可以下载来试试！
overflow是吧？把sensitive（记不太清全称叫啥了，反正是设置参数那里，精度设置），调高一点就好啦，先去试试，不行再讨论
谢谢，我完了试试，那组装的顺序对不对啊，我用的是聚丙烯微孔膜，有机电解液。:arm::arm::arm:
恩，我再试试，谢啦:arm:
顺序没错的，至于加不加垫片和弹簧片，要根据你用的哪个型号的电池壳还有你的电极片厚度。有时候是不需要加的
恩恩，明白，灰常感谢！
1.测超级电容器充放电，电流密度较小的话，比如0.1A/g，是不是测的不准呀。小量程的测试仪能用吗？:arm:
2.设置电流的时候是两个电极的总电流，这样对吗？:arm:
1，你的工作站肯定有个电流大小的量程的，如果太小，肯定不太精确，不过，你说的那个电流密度，还是可以的。但是要看你的仪器咋样，哈哈；
2，总电流？不是特别明白。这么说吧，假设你的活性物质是10mg，而你想电流密度为0.1Ag-1的话，那么，电流大小就设置为1mA。
恩恩，不好意思之前没提到，我用的是蓝电测试仪来测充放电的，量程非常小，电流最大为2mA。这个仪器是不是不太理想啊:sweat::arm::arm::arm::cry:
蓝电的精度没有工作站高，而且一般用蓝电做循环测试的。当然，做一般的测试也可以，只是精度不太够
嗯嗯，好哒，灰常感谢
你好，我也是在做超级电容器电极材料的，我用涂抹机把材料涂好，烘干后打算在压片机上压片，但是压片机的磨具基本都是压小圆片的，请问你们压片用的是什么磨具呀？在哪买的？还是定做？定做的话要什么材料，厚度大概是多少呢？
你好，我也是在做超级电容器电极材料的，我用涂抹机把材料涂好，烘干后打算在压片机上压片，但是压片机的磨具基本都是压小圆片的，请问你们压片用的是什么磨具呀？在哪买的？还是定做？定做的话要什么材料，厚度大概是多少呢？
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随时随地聊科研基于碳纳米管—石墨烯—泡沫镍三维复合结构的超级电容器电极制备与性能--《南京邮电大学》2014年硕士论文
基于碳纳米管—石墨烯—泡沫镍三维复合结构的超级电容器电极制备与性能
【摘要】：超级电容器作为一种新能源技术，在电子产品和车载电源等领域具有广泛的应用潜力，受到人们的日益重视。而电极材料是超级电容器的核心，对于超级电容器的未来发展至关重要。碳材料由于其具备比表面积大、导电性好以及低成本等特点而成为超级电容器理想的电极材料。近年来，随着富勒烯、碳纳米管和石墨烯的陆续发现，使碳纳米材料成为当今的热门研究领域。其中，碳纳米管-石墨烯杂化结构，拥有优良的面外电荷输运性能，并保持了原有构建单元的单体特征，有效地解决了一维碳纳米管和二维石墨烯的热与电子传输的方向依赖性和较低的面外传导性，呈现出优异的协同效应是一种具有极大发展潜力的新型能源材料。我们课题提出通过两步CVD法制备出碳纳米管-石墨烯-泡沫镍（CNT-graphene-Ni）三维结构，对其表面的化学性质、功能化、电化学性能和潜在应用进行了初步的探索。在本论文中，我们以CNT-graphene-Ni为电极平台，通过温和化学沉积方法和电化学沉积方法，在碳纳米管-石墨烯杂化材料上（主要为碳纳米管上）负载MnO2和PANI等法拉第电容材料，构建金属氧化物或导电聚合物、碳纳米管和石墨烯的多级结构，对MnO2和PANI等活性物质的负载量及纳米结构进行优化，取得了较好的进展，具体成果如下：
1.以泡沫镍（Ni foam）作为基底，无水乙醇作为前驱体，通过两步化学气相沉积过程制备CNT-graphene-Ni三维复合材料，再通过温和化学沉积法，在CNTs的表面负载一层MnO2，制备出MnO2-CNT-graphene-Ni三维复合材料。该电极材料拥有碳材料良好的导电性和金属氧化物较大的比电容等优点，采用了两电极测试体系对复合材料的电容性能进行测试，其比电容值达251F/g。同时，将此复合材料制成柔性电容器，充电后能够点亮LED灯，经过电化学测试发现也具有很好的电容性能。
2.除了将金属氧化物与碳材料复合提高电容外，还可以利用导电聚合物具备高比电容值这一特点，将其与碳纳米材料复合。在CNT-graphene-Ni电极平台上，我们采用电化学沉积的方法制备出PANI-CNT-graphene-Ni电极材料，并研究不同电沉积时间对材料形貌和性能的影响。三电极测试体系测试结果表明该复合材料作为电极材料具备良好的超级电容器性能，在电流密度为2.0A/g下的比电容值最大可达219F/g。
【关键词】：
【学位授予单位】：南京邮电大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TM53【目录】：
摘要4-5Abstract5-9专用术语注释表9-10第一章 绪论10-29 1.1 超级电容器10-16
1.1.1 超级电容器的发展10-11
1.1.2 超级电容器的工作机理11-12
1.1.3 超级电容器的性能参数12-13
1.1.4 超级电容器的电极材料13-16 1.2 三维石墨烯简介16-21
1.2.1 石墨烯的制备17-18
1.2.2 三维石墨烯的制备18-21 1.3 碳纳米管和石墨烯三维复合材料简介21-24
1.3.1 三维碳纳米管材料21-23
1.3.2 碳纳米管与石墨烯三维复合材料23-24 1.4 碳材料/金属氧化物复合材料在超级电容器中的应用24-26 1.5 碳材料/导电聚合物复合材料在超级电容器中的应用26-27 1.6 本论文的研究思路27-29第二章 MnO_2-CNT-graphene-Ni 三维复合电极材料的制备及其在超级电容器的应用29-43 2.1 引言29-30 2.2 实验部分30-32
2.2.1 实验材料30
2.2.2 graphene-Ni 的制备30-31
2.2.3 CNT-graphene-Ni 的制备31
2.2.4 MnO_2-CNT-graphene-Ni 的制备31-32
2.2.5 材料的表征32
2.2.6 材料的电化学测试32 2.3 结果与讨论32-41
2.3.1 MnO_2-CNT-graphene-Ni 复合材料的形貌表征33-35
2.3.2 MnO_2-CNT-graphene-Ni 复合材料的结构和元素分析35-37
2.3.3 MnO_2-CNT-graphene-Ni 复合材料的电学测试及超级电容器性能37-41 2.4 全固态超级电容器的制备及测试41-42
2.4.1 全固态超级电容器的制备41
2.4.2 全固态超级电容器的测试41-42 2.5 本章小结42-43第三章 PANI-CNT-graphene-Ni 三维复合电极材料的制备及其在超级电容器的应用43-54 3.1 引言43-44 3.2 实验部分44-46
3.2.1 实验材料44
3.2.2 CNT-graphene-Ni 的制备44-45
3.2.3 PANI-CNT-graphene-Ni 三维材料的制备45
3.2.4 材料的表征45
3.2.5 材料的电化学测试45-46 3.3 结果与讨论46-53
3.3.1 PANI-CNT-graphene-Ni 复合材料的电沉积46
3.3.2 PANI-CNT-graphene-Ni 复合材料的形貌表征46-48
3.3.3 PANI-CNT-graphene-Ni 的结构表征48-50
3.3.4 PANI-CNT-graphene-Ni 复合材料超级电容器性能测试50-53 3.4 本章小结53-54第四章 总结与展望54-55参考文献55-64附录 1 攻读硕士学位期间撰写的论文64-65附录 2 攻读硕士学位期间申请的专利65-66附录 3 攻读硕士学位期间参加的科研项目66-67致谢67
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季煦;[D];兰州理工大学;2011年
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郑州大学制备出超级电容器新材料 尺寸小效率高
来源：互联网 更新时间： 11:55:55 责任编辑：鲁晓倩字体：
　　本报讯 郑州大学化学与分子工程学院副教授陈卫华带领课题组，率先利用部分离子置换的方法制备出高性能硫化物超级电容器电极材料。相关成果日前发表于《材料化学》杂志。　　与传统电容器相比，超级电容器具有很多优势，如充放电速率快、循环寿命长、能量转化效率高、操作稳定、小尺寸、无污染等。　　此次研究人员首先合成了以窝状纳米带作为基本组成单元的三维分等级鸟巢状二硫化三镍与硫化镍电极材料，然后制备出具有与母体材料相似形貌的二硫化三镍与八硫化九钴和硫化镍与二硒化镍复合电极材料。课题组在该过程中成功地将材料组分进行了调控，并且实现形貌遗传。　　测试显示，离子置换前后电极材料的倍率性能和充放电比容量等电化学性能得到很大提高。同时，三种材料在大扫描速率下仍具有非常尖锐的氧化还原峰，这意味着此类材料具有优异的电化学响应。恒流充放电测试说明，所有的电极材料均具备高的比容量，并且具有较好的循环稳定性。与市用的二氧化锰材料相比较，新材料具有很大的应用前景。（史俊庭）　　作者：史俊庭
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