· 649 ·第 39 卷 第 6 期
Journal of Ceramics
Vol.39 No.6
Dec. 2018
第 39 卷 第 6 期2018 年 12 月DOI：10.13957/https://www.doczj.com/doc/7516823533.html,ki.tcxb.2018.06.001
Received date:2018-04-10. Revised date:2018-07-18.Correspondent author:YANG Xiuchun(1965-), male, Researcher.E-mail:yangxc@https://www.doczj.com/doc/7516823533.html,
收稿日期：2018-04-10。 修订日期：2018-07-18。通信联系人：杨修春(1965-)，男，研究员。
新型超级电容器电极材料
吴 荣 1
，陈 超 2
，杨修春
1,3
(1.同济大学 材料科学与工程学院，上海 201804；2.韶关学院，广东 韶关 512005；
3.先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 201804)
摘 要：近年来，超级电容器(SCs)由于功率密度高、充放电速度快和循环稳定性好等特点而受到广泛关注。本文首先对电容
器的电荷储存机理进行了简单介绍，接着详细介绍了金属有机骨架材料(MOFs)、二维过渡金属碳(氮)化物(MXenes)、金属氮化物(MN)、共价有机骨架材料(COFs)以及黑磷(BP)等几种有望获得高能量密度和功率密度的电极材料，并阐述了它们的优缺点。最后，对超级电容器未来的发展方向进行了展望。
关键词：超级电容器；机理；电极材料
中图法分类号：TQ174.75 文献标识码： A 文章编号：1000-2278(2018)06-0649-12
New Electrode Materials for Supercapacitors
WU Rong 1
, CHEN Chao 2
, YANG Xiuchun
1,3
(1.School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China;
2. Shaoguan University, Shaoguan 512005, Guangdong, China;
3. Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials (Tongji
University) Ministry of Education, Shanghai 201804, China)
Abstract:Supercapacitors have received extensive attention due to their high power density, fast charge and discharge rates and long-term cycling stability in recent years. After simply explaining the charge storage mechanism of supercapacitors, this review summarizes some promising electrode materials with high energy density and power density such as metal–organic frameworks (MOFs), MXenes, metal nitrides, covalent organic frameworks (COFs) and black phosphorus. Their advantages and disadvantages are analyzed in detail. Finally, the perspectives of supercapacitors are discussed.
Key words:supercapacitors; mechanism; electrode materials
0 引 言
当今社会，由于化石燃料枯竭和环境污染，采
用清洁能源变得日益重要。太阳能、风能、潮汐能等是非常重要的可再生能源，能极大减少二氧化碳等温室气体的排放，但是这些能源受地理、季节、昼夜及天气变化等因素的制约,表现出稀薄性、波动性、间断性和不稳定性等特点。因此必须发展储能技术，将多余的能量储存起来，以备能量不足时释放出来。储能技术主要分为物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)三大类。根据各种储能技术的特点，飞轮
储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等；而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。 图1给出了目前常用的几种储能器件的能量密度和功率密度关系图[1]。由图1可知，电池的能量密度高，但功率密度低，而传统电容器则具有充放电速率快、功率密度高和循环性能好等优点，但它的能量密度远低于电池。超级电容器同时具有高功率密度、快速充放电性能和较高的能量密度，性能介于两者之间。
超级电容器能量密度和功率密度的计算如下式
万方数据