超级电容器电解质的研究进展

基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究随着科技的进步，电子产品的需求在不断增长。

为了应对这一需求，电池和超级电容器的研究变得越来越重要。

超级电容器是一种新型的存储能量设备，与传统的电池相比，超级电容器拥有极高的能量密度、长寿命、快速充放电等优势。

因此，其在电子、交通、航空航天等领域有着广泛的应用前景。

而基于氧化石墨烯的超级电容器具有极大的发展潜力，以下将介绍其制备和应用研究的最新进展。

一、氧化石墨烯的制备氧化石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料，化学式为C（O）OH。

氧化石墨烯的制备方法有多种，其中常用的方法包括化学氧化法、热氧化法、电化学氧化法等。

化学氧化法是目前较为常用的制备方法。

通常将石墨粉末与混合酸（硝酸和硫酸）混合，经过氧化反应后，用水洗涤和干燥即可。

热氧化法则通过将石墨粉末加热至高温下，通过氧化反应制备氧化石墨烯材料。

这种方法制备出的氧化石墨烯具有较高的热稳定性和晶体品质，但是制备难度较大，成本较高。

电化学氧化法则是通过电化学反应制备氧化石墨烯材料。

这种方法可以使石墨表面的氧化程度更加均匀，制备出的氧化石墨烯具有良好的电化学性能。

二、基于氧化石墨烯的超级电容器的研究进展基于氧化石墨烯的超级电容器研究起步较晚，但是得到了长足的发展。

氧化石墨烯的独特结构和性质使得基于其材料制备的超级电容器具有优异的性能，例如：高能量密度、高功率密度、长寿命等特点。

1. 氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯（PVB）复合材料是目前研究较为成熟的氧化石墨烯超级电容器材料。

这种材料的优点在于氧化石墨烯的导电性和PVB的柔软性、韧性结合在了一起，既能够提高超级电容器的能量密度，又能有效延长电容器的使用寿命。

2. 氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料也是一种目前研究较为活跃的氧化石墨烯超级电容器材料。

通过将氧化石墨烯与多孔碳材料结合，能够有效提高超级电容器的能量密度和功率密度，并且提高超级电容器的使用寿命。

一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。

然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。

140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。

早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。

之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。

电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。

另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。

超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。

目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。

同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。

在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。

超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。

通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。

超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。

但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。

（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。

一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。

然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。

140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。

早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。

之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。

电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。

另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。

超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。

目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。

同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。

在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。

超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。

通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。

超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。

但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。

（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone 图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。

超级电容器材料的开发与性能优化研究超级电容器，也称为超级电容、电化学电容器或电化学超级电容器，是一种电子元件，利用离子在电解质中的扩散和吸附，实现储存和释放电能。

与传统电池相比，超级电容器具有更高的功率密度、快速充放电速度以及长寿命等优势。

目前，超级电容器已经广泛应用于能量回收、储能装置以及电动车辆等领域，因此其材料开发与性能优化具有重要的研究价值。

为了满足超级电容器在不同领域的需求，研究者们致力于开发新型的电容器材料，并对其性能进行优化。

以下是几个关键的研究方向：1. 纳米材料的开发：纳米材料具有较高的比表面积和特殊的电子结构，因此被认为是优异的超级电容器材料。

例如，二氧化钛纳米管阵列、石墨烯、碳纳米管等材料具有良好的导电性和储能性能，已成为研究的热点。

通过合成和改性技术的发展，可以制备出具有高比表面积和优异导电性的纳米材料，以提高超级电容器的能量密度和功率密度。

2. 新型电解质的研究：电解质是超级电容器中重要的组成部分，直接影响其储能和导电性能。

传统的电解质通常是有机溶液，但其限制了超级电容器的工作电压和环境适应性。

因此，研究者们开始关注新型电解质的开发，如离子液体、凝胶电解质和聚合物电解质等。

这些新型电解质具有较高的离子导电性和较宽的电压窗口，有助于提高超级电容器的性能。

3. 电极材料的设计与改性：超级电容器的电极是储存电能的关键部分，决定了其能量密度和功率密度。

传统的电极材料主要包括活性炭和金属氧化物，但其储能性能有限。

为了提高超级电容器的性能，研究者们对电极材料进行了设计和改性。

例如，利用纳米材料与导电聚合物组成复合电极，可以提高电极的导电性和离子传递速率，进而提高超级电容器的储能性能。

4. 界面工程的研究：超级电容器中的电极-电解质界面是离子传输和电化学反应的关键位置。

界面的结构和性质直接影响电容器的储能性能。

因此，界面工程成为优化超级电容器性能的重要研究方向。

通过表面改性和界面设计，可以改善电极-电解质界面的亲合性和电化学稳定性，进而提高超级电容器的能量密度和循环寿命。

超级电容器的发展现状超级电容器（Supercapacitor），又称超级电容、超级电池、电化学超级电容等，是一种新型的能量存储装置。

与传统的电化学电池不同，超级电容器能够以更高的功率进行快速的充放电，其理论上的寿命更长，并且可以进行成千上万次的充放电循环。

目前，超级电容器的发展进展如下：1. 提高能量密度：超级电容器的能量密度一直是其发展中的关键问题。

近年来，研究人员通过改进电极材料、电解质和结构设计等方面的创新，使得超级电容器的能量密度获得了显著提高。

目前商业化的超级电容器已经能够达到100 Wh/kg，高能量密度的材料和结构设计研究也在不断进行中。

2. 提高功率密度：超级电容器的功率密度是其另一个重要指标。

功率密度指的是电容器能够在短时间内释放大量电能的能力。

近年来的研究表明，通过设计新的纳米结构和提高电解质导电性等方法，已经能够将超级电容器的功率密度提高到几千瓦/千克以上。

这使得超级电容器在需求瞬时高能量输出的领域，例如电动汽车的启动和制动系统，具有广阔的应用前景。

3. 提高循环寿命：超级电容器的循环寿命（即充放电循环次数）也是一个重要指标。

通过改善电极材料的结构和化学稳定性等方面的研究，已经成功地提高了超级电容器的循环寿命。

目前，一些商业化的超级电容器已经可以进行百万次的充放电循环，这使得超级电容器相比传统电化学电池更加持久耐用。

4. 增加应用领域：超级电容器因其快速充放电和长寿命的特点，在一些特定的领域已经开始商业化应用。

例如，超级电容器已经被广泛应用于电动车、电力电子设备、可再生能源储能系统等。

此外，超级电容器还在智能电网、医疗设备、航空航天等领域也有广阔的发展前景。

综上所述，超级电容器在能量密度、功率密度和循环寿命等方面都取得了显著的进展。

未来，随着科学技术的不断进步，超级电容器有望在更多领域发挥重要作用，并逐渐替代传统的电化学电池，成为一种重要的能量存储装置。

超级电容器的制备与性能研究超级电容器是一种纳秒级的充放电器，也是一种储能器，其能量密度比一般电容器高出几百倍甚至几千倍，充电速度比锂离子电池高几十倍甚至上百倍。

因此，它在储能和瞬间动力需要较高场合非常有用。

本文将从制备和性能两个方面进行探究。

一、超级电容器制备技术1. 单电极制备法单电极法是超级电容器制备的一种常见方法，其主要制备过程由活性炭处理、碳化处理、传导剂处理等多个步骤组成。

首先，将原材料进行高温炭化，得到活性炭作为载体，并将其表面氧化磨砂处理，提高其比表面积。

随后，将活性炭经过化学气相沉积方法，在表面沉积一层碳化物，进一步提高其比表面积。

最后，在碳化物前后扩散填充了传导剂，形成一整个单电极结构。

这种方法主要的优点是制备工艺简单，成本较低。

2. 双电极制备法在双电极法中，超级电容器是通过制备两个电极以及这两个电极之间的隔离膜（电解质）而成的。

其中，电极可采用双极性活性材料或不同电极性活性材料，隔离膜可以是氧化铝膜、聚合物电解质等。

双电极制备法制备出的超级电容器在能量密度和功率密度方面表现良好，但成本较高。

3. 印刷制备法印刷制备法是将印刷技术应用于超级电容器的制备中，采用类似印刷的方法，可以在二氧化钛等材料表面直接印制石墨电极。

这种方法可以大大降低制备过程中的时间和成本，但其制备出来的电容器容量和性能有一定的限制。

4. 其他制备方法其它制备方法还包括溶液法、微电脉冲法、氧化物电容制备法等。

这些制备方法各有优缺点，可以根据需要选择最适合的制备方法。

二、超级电容器性能研究1. 能量密度超级电容器的能量密度是一个重要的性能指标，它反映了电容器储存能量的能力。

目前，已有许多研究表明，超级电容器能量密度的提升取决于电极材料的选择和设计，而活性炭是一种优良的电极材料，并且通过改变电极的形态和结构等设计方式，也可以有效地提高电容器的能量密度。

2. 寿命由于超级电容器需要频繁使用和充放电，因此其循环寿命也是一个重要的性能指标。

超级电容器离子液体电解质的研究进展室温离子液体是一类由于阴、阳离子极不对称和空间阻碍，导致离子静电势较低，完全由离子组成的液态物质，简称为离子液体。

三氯化铝和卤化乙基吡啶离子液体是第一代室温离子液体；S.John等合成出电化学稳定性更好的二烷基咪唑阳离子盐后，离子液体迅速成为研究热点。

超级电容器的比能量比锂离子电池低，在保持高比功率的同时，提高比能量是急需解决的问题。

提高单体超级电容器的比能量，需要在提高工作电压的同时，提高比电容。

工作电压与电解液的分解电压有关。

目前，超级电容器的电解液主要有水系和有机系两种。

水系电解液为硫酸溶液或氢氧化钾溶液，腐蚀性较强，且制备的单体超级电容器的工作电压低(只有约1V)。

有机系电解液为四氟硼酸四乙基铵盐等电解质的有机溶液，制备的单体超级电容器的工作电压在2.5V以上；但存在有机溶剂易挥发、电导率和工作电压提高困难、有安全隐患及对环境有影响等问题。

离子液体可直接作为超级电容器的液态电解质，也可溶于有机溶剂中作为电解质盐，还可引入固体聚合物电解质，以改善相关性能。

1液态电解质离子液体的阴离子主要由二(三氟甲基磺酰)亚胺(TFSI-)、BF4-和PF6-等构成。

离子液体的阳离子主要由咪唑类、吡咯类及短链脂肪季胺盐类等有机大体积离子构成。

1.1咪唑类离子液体咪唑类离子液体的黏度低、电导率高。

自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIBF4)后，咪唑类离子液体发展迅速。

1-丁基-3-甲基咪唑类(BMI+)离子液体由于黏度低、电导率相对较高，易合成，得到了广泛的研究。

B.Andrea等用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIPF6)和1-丁基3-丁基咪唑四氟硼酸盐(BMIBF4)作为活性炭(AC)/聚三甲基噻吩(pMeT)混合电容器的电解液。

与有机电解液(PC-EtNBF4)电容器相比，离子液体电容器在60℃时的比能量、功率密度及电流效率较高。

高黏度是离子液体走向工业化应用的主要障碍之一。

超级电容器技术的研究背景及发展现状1. 研究背景随着科技的进步及社会文明程度的提高，能源问题已成为人类社会可持续发展战略的核心，是影响当前世界各国能源决策和科技导向的关键因素，同时，也是促进能源科技发展的巨大推动力。

进入二十一世纪之后，能源短缺和环境恶化的问题日益严重，这促使人们应更加重视建立确保经济可持续增长、有利于环境的能源供应体系，节能和扩大新能源开发利用成为世界性的趋势。

石油作为一种不可再生资源，随着人类需求的不断增长，已面临严重的短缺，并由此不断引发全球性的社会、经济、政治问题。

而且，全球燃油汽车消费量的不断增加，燃油汽车排放的NO x和CO x对全球环境带来严重污染，并导致地球温室效应。

开发更加清洁、环保的电动汽车被认为是解决能源问题和环保问题的一条有效途径，目前已成为全球性的研究热点。

电动汽车的研究经过多年的研发，特别是最近十年来的集中研究，已经对电动汽车有了比较统一的认识。

纯电动汽车（镍氢电池或锂离子电池作主电源）适合于短途应用，燃料电池电动车由于技术和成本因素在二十到三十年内不具备商业化应用的竞争力，而混合电动车（“油＋电”混合，）被认为是最接近商业化的技术模式。

“油＋电”混合电动车中的“电”主要是指二次电池，主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。

目前，商品化的二次电池虽然具有较高的比能量，但比功率都很低，一般不超过500W/kg，而且电池在高脉冲电流放电或大电流充电时会影响其使用寿命，并引起电池内部发热、升温，存在安全隐患。

燃料电池同样是一种低比功率的储能元件，耐大电流充放电能力差。

单独使用电池作为动力电源无法满足电动汽车对电源系统的要求。

从能源的利用形态来看，电能作为能量利用的最终形态，已成为人类物质生产和社会发展不可缺少的“源动力”。

近年来，小型分立的可移动电源的发展更是增加了电能的利用形式和应用范围。

电能除了通过固有的电网系统应用于工业和家庭生活外，通过可移动电源（如铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池）等“承载体”更是成为随时随地均可便捷使用的动力源，极大方便了人们的物质文化生活。

超级电容器发展现状超级电容器是一种新型的电能存储设备，能够实现高能量密度、快速充放电和长寿命等特点，因此在能源存储领域具有广阔的应用前景。

目前超级电容器的研究和发展正处于高速发展阶段，以下是对超级电容器发展现状的介绍。

首先，超级电容器在材料方面有了重要突破。

传统的电容器使用的是电解液作为介质，而超级电容器利用的是具有高比表面积和高导电性的活性材料，如活性炭和金属氧化物。

近年来，研究人员发现一些新的活性材料如二维材料和纳米材料也具有较高的电容量和导电性，这对超级电容器的发展具有重要意义。

其次，超级电容器在技术方面有了重大突破。

目前，研究人员通过改变电极结构和改进电解质以提高超级电容器的能量密度和功率密度。

例如，采用新的电极结构，如纳米孔洞电极和纳米线电极，能够增加电极表面积并提高电荷的储存能力。

此外，研究人员还通过调节电解质的成分和浓度，提高了超级电容器的电导率和离子迁移速度，从而提高了超级电容器的充放电速度和效率。

再次，超级电容器在应用方面也取得了重要进展。

目前，超级电容器已经广泛应用于交通工具和可再生能源领域。

例如，超级电容器能够实现电动汽车的快速充电和长里程续航，通过回收和利用汽车制动能量来提高能源利用效率。

此外，超级电容器还可以用于可再生能源的储能，如太阳能和风能的储存和释放。

超级电容器还可以用于平衡电网的负载和峰谷切换，从而提高电网的稳定性和效率。

最后，超级电容器还面临一些挑战和问题。

首先，超级电容器的能量密度相对较低，无法与锂离子电池等传统储能设备相比。

其次，超级电容器的成本较高，限制了其大规模商业化应用的发展。

此外，超级电容器的环境适应性和稳定性也需要进一步提高。

综上所述，超级电容器作为一种新型电能存储设备，在材料、技术和应用方面取得了重要突破，但仍面临一些挑战和问题。

随着相关技术的不断进步和成本的降低，相信超级电容器将会在能源存储领域发挥更重要的作用。

超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展3陈光铧,徐建华,杨亚杰,蒋亚东,葛　萌(电子科技大学光电信息学院,成都610051)摘要 有机导电聚合物是一类重要的超级电容器电极材料。

有机聚合物掺杂状态下,因具有共轭结构,从而提高了电子的离域性,对外表现可以导电。

根据掺杂类型和组合的不同,超级电容器有机聚合物电极可分为3种基本类型。

阐述了有机聚合物电极的导电原理和分类,介绍了有机聚合物电极的研究现状和发展趋势。

关键词 电化学超级电容器　导电聚合物　聚苯胺　聚噻吩　混合类型电容器　全固态超级电容器Progress in Research on Conductive Polymer Elect rode Materials for SupercapacitorsC H EN Guanghua ,XU Jianhua ,YAN G Yajie ,J IAN G Yadong ,GE Meng(College of Opto 2electronic Information ,University of Electronic Science and Technology of China ,Chengdu 610051)Abstract Conducting polymer is a kind of important supercapacitor electrode materials.The electronic deloca 2lization of polymer will be enhanced for the conjugate structure in doped state.Conducting polymers are divided into three kinds of basic types according to the kind of doping and association.The principle and classification of the con 2ducting polymer are introduced.Recent progress in research and development on conducting polymer electrode mate 2rials for supercapacitors is reviewed.K ey w ords electrochemical supercapacitor ,conducting polymer ,polyaniline ,polythiophene ,hybrid capacitor ,all 2solid 2state electrochemical supercapacitor　3国家自然科学基金(60771044);电子薄膜与集成器件国家重点实验室开放课题(KFJJ 200806)　陈光铧:男,1984年生,硕士,研究方向为有机高分子材料及器件　Tel :028*********　E 2mail :ghchen4@ 徐建华:男,1966年生,教授,主要从事有机电子材料及器件研究　Tel :028*********　E 2mail :xujh9913@0　引言超级电容器是一种性能介于电池与传统电容器之间的新型储能器件,具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点,有着广阔的应用前景,如可用于便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源及应急后备电源等。