(整理)超级电容器电极材料研究现状及存在问题.

材料科学与工程学院简析超级电容器及其电极材料简析超级电容器及其电极材料摘要超级电容器作为一种新型储能器件，近年来越来越受到科学界和工业界的重视。

本文介绍了超级电容器的特点、应用和研发情况，将其与可充电电池进行了简单的对比。

重点介绍了超级电容器的电极材料的研究现状和研究的重难点。

文末，对于超级电容器的应用前景进行了初步的分析。

关键词：超级电容器电极材料一，超级电容器概述超级电容器是介于化学电池与常规电容器之间的一种新型储能器件。

【1】其具有许多优点，例如优良的脉冲性能、充放电较快、无污染、免维修、长寿命等。

它具备传统电容那样的放电功率，也具备化学电池储备电荷的能力。

与传统电容相比，具备达到法拉级别的超大电容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命，充放电循环次数可达十万次以上，且不用维护；与化学电池相比，具备较高的比功率，且对环境无污染。

因此，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置，它优越的性能得到各方的重视，目前发展十分迅速。

其在航空航天、国防军工、电动汽车、无线通讯、消费电子等领域具有广阔的应用前景。

我们或多或少都会有一个疑问：超级电容器到底是如何在实际中得到应用的。

接下来，介绍其具体的应用。

这对于加深我们对于超级电容器的了解有重要作用。

比如在电动汽车领域，超级电容器可以与充电电池组成复合电源系统，既可满足电动汽车启动、加速和爬坡时的高功率要求，又可延长蓄电池的循环使用寿命，实现电动汽车系统性能的最优化。

【2】又比如，其可以用于太阳能、风能发电装置的辅助电源，可以将发电装置所产生的能量以较快的速度储存起来，并按照设计要求释放。

与传统蓄电池相比，超级电容器对于充/放电的电流没有严格限制，更加适合太阳能和风能发电装置电流波动范围较大的特点，且具有长寿命和免维护的优点。

另外，在军事航天领域，超级电容器可以作为潜艇和船只等设备的主辅电源，坦克、装甲车的超低温启动电源等。

通过以上介绍，可以发现超级电容器在实际生活中有着很大的应用范围。

超级电容器及其相关材料的研究一、本文概述随着科技的不断进步和可持续发展理念的深入人心，超级电容器作为一种高效、环保的储能器件，正日益受到全球科研人员和工业界的广泛关注。

超级电容器以其高功率密度、快速充放电、长循环寿命等诸多优点，在新能源汽车、电子设备、航空航天等领域展现出广阔的应用前景。

本文旨在全面综述超级电容器及其相关材料的研究现状和发展趋势，分析超级电容器的性能特点，探讨新型电极材料的研发与应用，以期推动超级电容器技术的进一步发展，并为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示。

本文首先介绍了超级电容器的基本原理、分类及性能特点，为后续研究提供理论基础。

随后，重点综述了近年来超级电容器电极材料的研究进展，包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，并分析了各类材料的优缺点及适用场景。

本文还关注了电解质材料、隔膜材料等关键组件的研究现状，以及超级电容器的制造工艺和应用领域。

结合当前面临的挑战和未来发展趋势，本文展望了超级电容器技术的创新方向和应用前景，以期为未来相关研究提供有益的借鉴和指导。

二、超级电容器的基本原理与分类超级电容器，又称电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。

它具有极高的电荷储存能力，能在极短的时间内释放出大量的能量，从而满足了现代电子设备对高功率、快速充放电的需求。

基本原理：超级电容器的基本原理与传统的平行板电容器类似，都涉及到电荷的储存和释放。

然而，超级电容器的电极材料通常是具有高比表面积的纳米多孔材料，如活性炭、金属氧化物和导电聚合物等。

这些高比表面积的电极材料使得超级电容器能在极小的体积内储存大量的电荷，从而实现了高能量密度。

同时，超级电容器的电解质通常具有高的离子电导率，这有助于实现快速的充放电过程。

碳基超级电容器：以活性炭、碳纳米管、石墨烯等碳材料为电极，利用碳材料的高比表面积和良好的导电性实现高能量密度和高功率密度。

金属氧化物超级电容器：以金属氧化物（如RuO₂、MnO₂、NiO等）为电极，利用金属氧化物的高赝电容特性实现更高的能量密度。

第52卷第7期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 7 2023年7月 Liaoning Chemical Industry July，2023收稿日期： 2021-07-20金属化合物超级电容器电极材料研究现状王晶鑫，张艳丽*，张强，董亮亮（沈阳化工大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110142）摘 要： 超级电容器是相比于锂离子电池等传统电池更具有优势的电容技术。

电极材料是超级电容器中最重要的组成部分，它决定了超级电容器的性能，故在研究时引起了学者们的高度关注。

由于电极材料的不同，在储能机理上具有不同的性质与差别。

金属化合物作为电极材料中理论比电容优良的材料，具有很高的研究价值。

着重围绕金属氧化物、金属硫化物以及金属氢氧化物3个方面分析，对当前金属化合物作为超级电容器电极材料发展方向和相应的研究进展进行归纳，目的是对金属化合物作超级电容器电极材料方面的优劣势进行一定的认识，从而在其发展研究上提供一些参考。

关 键 词：超级电容器；电极材料；金属氧化物；金属硫化物；金属氢氧化物中图分类号：TM911 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）07-1035-04目前，严重污染环境的煤炭等化石能源存在着消耗殆尽的可能，并且无法再生[1]。

因此，开发新的清洁能源已成为人类所要面临的新问题，而对其进行开发利用正是解决能源问题行之有效的途 径[2]。

但是，这些清洁能源受限于地理位置、自然环境、存储转化率低等问题无法大面积应用。

超级电容器[3]自身也是一种储能设备，可以避开目前新能源应用面临的障碍，实现能量存储和转化的连续性。

其工作电压范围更宽、能量释放更高、循环寿命更长，同时原材料对环境友好。

超级电容器具有两种储能机制：一种是在电极/电解质界面因静电电荷累积而形成的电容，称为双电层电容[4]；另一种是在电极表面上，活性物质欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，产生和电极充电电位相关的电容，称为赝电容[5]。

超级电容器电极材料的研究与改进超级电容器（Supercapacitor）是一种储能装置，它具有高能力和高功率下的优良性能。

它可以用于各种应用，如电池替代、能量回收、电力传输和电动车辆等。

超级电容器结构由两个互为电解质的电极和中间的离子传导体组成。

其中电极材料的性能对超级电容器的性能影响巨大。

因此，研究和改进超级电容器电极材料成为了一个重要的课题。

目前，研究者们致力于寻找更加高效和便宜的电极材料。

传统的电极材料如活性炭因其大比表面积和良好的电导率被广泛使用。

然而，活性炭的能量密度较低，限制了超级电容器的进一步发展。

因此，许多研究者开始探索新的电极材料，以提高超级电容器的能量密度。

一种被广泛研究和改进的电极材料是金属氧化物。

金属氧化物具有高比容量和良好的电导率，因此在超级电容器领域备受关注。

例如，钼酸盐具有大的比电容和较高的电导率，因此被广泛应用于超级电容器电极材料的改进中。

此外，一些金属氧化物如二氧化锰、氧化钴和氧化镍等也具有良好的电容性能，被用于制备超级电容器，不断提高其能量密度。

另一个备受研究者关注的电极材料是导电聚合物。

导电聚合物具有良好的电导率和可调控的化学结构，具备优良的超级电容器特性。

聚苯胺是一种常用的导电聚合物材料，它具有高比电容、良好的电导率和化学稳定性。

聚苯胺可以与无机电极材料结合，形成复合电极，提高超级电容器的性能。

此外，近年来，氧化石墨烯等新型导电聚合物也受到研究者们的关注，为超级电容器电极材料的改进提供了新的思路。

除了金属氧化物和导电聚合物，纳米材料也成为超级电容器电极材料研究的热点。

纳米材料具有较高的比表面积和活性，可以提高电容器的储能能力。

纳米材料的使用可以增加电极材料的电化学反应界面，提高电容器的能量密度和功率密度。

常见的纳米材料有二氧化硅、二氧化钛、碳纳米管等，它们的应用为超级电容器的性能提升带来了新的可能。

除了研究和改进电极材料的种类，研究者们还对电极材料的制备方法进行了深入研究。

超级电容器材料的研究及应用超级电容器是一种利用电场存储电能的能量存储器，其在电化学和电磁学理论上都有一定的发展。

超级电容器具有高能量密度、快速充放电、长寿命等优点，在现代航空、汽车、宇航和智能电网等领域有着广泛的应用。

而超级电容器的核心是电极材料，所以先进的电极材料能够带来超级电容器工作性能更好的表现。

一、超级电容器电极材料的研究现状目前，超级电容器电极材料的研究集中在以下领域：（1）金属氧化物材料的研究。

金属氧化物，如钼酸锂、钴酸镍等，具有优异的电极电化学性能，同时元素资源广泛，价格低廉，因此在超级电容器电极材料领域得到了广泛的研究与应用。

（2）碳材料的研究。

碳材料是制备超级电容器电极材料的主要原材料之一，具有良好的导电性和热稳定性。

而以活性炭为代表的多孔碳材料还具有大表面积、高比电容等优良性质，因此在超级电容器电极材料以及电池、传感器等领域应用广泛。

（3）二维材料的研究。

二维材料，如石墨烯和硼氮化物，具有高比表面积、方便处理的优势，已被广泛研究作为超级电容器电极材料。

尤其石墨烯由于其优异的导电性、机械强度和化学稳定性等特性，在超级电容器电极材料研究中被广泛关注。

（4）金属有机骨架材料的研究。

金属有机骨架材料，即MOFs，是由金属离子和有机配体组成的晶态材料，具有极大的内孔体积以及可调控的孔径和结构。

这种新型材料具有极高的表面积和储能密度，是超级电容器电极材料研究的热点之一。

二、超级电容器电极材料的制备方法超级电容器电极材料的制备方法主要分为化学还原法、水热法、煅烧法、氧化还原电位法等。

其中化学法是制备超级电容器电极材料的常规方法，其通过调节反应条件，可控制电化学行为，实现材料的优异电化学性能；而水热合成是在相对低的温度和压力下，通过压剂或表面修饰剂，实现材料形貌和结构的微观调控；氧化还原电位法是通过扫描电位电化学法控制电位，调控材料的化学反应，从而实现精准控制。

三、超级电容器材料的应用超级电容器在现代工业、航空、军事、医学等领域得到了广泛的应用。

超级电容器电极材料研究进展魏祥当前，化石能源短缺和全球变暖导致的能源和环境问题日益凸显，大力发展清洁和可再生能源成了不可逆转的趋势。

超级电容器作为一种介于传统电容器和锂离子电池之间的新型储能体系，其功率密度显著高于锂离子电池，能量密度是传统电容器的10 ～ 100倍[1]。

同时还具有快速充放电、循环寿命长、库伦效率高及瞬时大电流充放电等特性，应用前景广阔。

超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是建立在Helmholz界面双电层理论基础上的一种全新的电容器，超级电容器已在电动汽车、移动通讯、太阳能和风力发电、航空航天和国防科技等方面发挥着重要作用[2]。

1.超级电容器概述超级电容器( supercapacitors或ultracapacitors)，又称电化学电容器( electrochemical capacitors) 一般由电极材料、电解液、集流体和隔膜等组成，见图1中a和b，其中电极材料是影响其电化学性能的关键因素之一，而电解液则决定着超级电容器的工作电压窗口。

一般，超级电容器依据以下几种方式进行分类[3]：1) 根据电解液可分为水系电解液电容器有机电解液电容器以及固态电解液电容器；2) 根据电化学电容器的结构可分为对称型电容器和非对称型电容器；3) 根据电极材料及储能机理可分为双电层电容器法拉第赝电容器和混合型电容器。

C）图1. a)超级电容器充放电示意图；b)超级电容器装置示意图c) 超级电容器工作原理示意图双电层电容器的储能机理是在大比表面积的碳材料电极和电解质界面吸附相反电荷的正负离子，电荷储存在界面双电层中，通过电化学极化进行可逆吸/脱附从而储存和释放能量。

双电层电容器的电极主要为多孔碳材料，如活性炭、碳纳米管、介孔、碳和碳化物衍生碳等[4]。

对于这些碳材料，决定双电层电容性能的因素主要有材料比表面积、电导率和孔隙率，但很少有碳电极材料可以在这三个方面均有优异的表现，因此，人们仍在不断研究碳基双电层电容器材料。

超级电容器电极材料研究进展一、本文概述随着能源危机和环境污染问题日益严重，高效、环保的能源存储和转换技术成为了全球科研工作的热点。

超级电容器，作为一种新型的储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命等优点，在电动汽车、电子设备、可再生能源系统等领域具有广阔的应用前景。

电极材料作为超级电容器的核心组成部分，其性能直接影响着超级电容器的整体性能。

因此，研究和开发高性能的超级电容器电极材料成为了当前的研究重点。

本文旨在全面综述超级电容器电极材料的研究进展，包括各类电极材料的性能特点、合成方法、改性策略及其在超级电容器中的应用。

文章首先介绍了超级电容器的基本原理和分类，然后重点分析了碳材料、金属氧化物、导电聚合物等常见电极材料的性能优势和存在的问题。

接着，文章综述了近年来通过纳米结构设计、复合改性、表面修饰等手段提高电极材料性能的研究进展。

文章展望了超级电容器电极材料未来的发展方向和潜在应用领域。

通过本文的阐述，期望能够为超级电容器电极材料的研究和应用提供有益的参考和启示。

二、超级电容器电极材料分类超级电容器的性能与电极材料的特性密切相关，因此，对电极材料的研究一直是超级电容器领域的热点。

根据材料种类的不同，超级电容器的电极材料主要分为碳材料、金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物以及复合材料等几大类。

碳材料：碳材料是超级电容器中应用最广泛的一类电极材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。

这类材料具有比表面积大、导电性好、化学稳定性高等优点，适合用作双电层电容器的电极材料。

然而，碳材料的储能机制主要是物理吸附，因此其能量密度相对较低。

金属氧化物/氢氧化物：金属氧化物/氢氧化物如RuO₂、MnO₂、NiOOH 等，具有较高的赝电容特性，能够实现快速的氧化还原反应，从而提供更高的能量密度。

然而，这类材料的导电性较差，且在充放电过程中体积变化较大，容易导致电极结构破坏，影响循环稳定性。

导电聚合物：导电聚合物如聚吡咯、聚噻吩等，具有良好的导电性和赝电容特性，是超级电容器电极材料的另一类重要选择。

双电层材料下的柔性超级电容器电极分析一、柔性超级电容器电极材料的研究现状柔性超级电容器电极材料的主要研究方向包括碳基材料、导电高分子、金属氧化物、过渡金属氧化物等。

碳基材料作为双电层超级电容器的主要电极材料之一，具有比表面积大、导电性能好、化学稳定性高等优点，因此受到了广泛关注。

目前，碳纳米管、石墨烯、活性炭等碳基材料被广泛用于柔性超级电容器的电极材料。

导电高分子如聚噻吩、聚吡咯等也因其具有良好的柔性和导电性能成为了柔性超级电容器电极材料的研究热点。

金属氧化物和过渡金属氧化物由于其优异的电化学性能也得到了广泛关注。

目前，柔性超级电容器电极材料研究的主要挑战包括：①传统的柔性电极材料往往存在能量密度低、循环寿命短等问题；②传统的电极制备方法难以满足柔性超级电容器对电极材料的柔性要求；③电极材料的成本和环保性也是亟待解决的问题。

由于双电层效应的存在，双电层材料在柔性超级电容器中得到了广泛的应用。

双电层效应是指电极表面存在的电容效应，当电解质中的离子在电极表面形成电二层时，构成了电极的双电层。

在双电层电容器中，电荷的存储主要是通过电荷积累在电极表面的双电层上实现的。

双电层材料的设计和应用对于柔性超级电容器的性能至关重要。

目前，石墨烯和活性炭等碳基材料被广泛应用于双电层超级电容器中。

石墨烯具有大的比表面积、良好的导电性能和化学稳定性，是一种非常理想的双电层材料。

其在柔性超级电容器中的应用可以大大提高电极的比电容和循环寿命。

活性炭具有丰富的孔结构和优异的表面化学性质，能够提供更多的电解质存储空间和更好的电荷传输通道，是一种性能优异的双电层材料。

氧化石墨烯、碳纳米管等碳基材料也因其优异的双电层性能而被广泛应用于柔性超级电容器中。

除了碳基材料外，金属氧化物和过渡金属氧化物也是重要的双电层材料。

金属氧化物具有丰富的氧含量和可调控的电子结构，能够提供充足的储能空间和优异的电极活性，因此在柔性超级电容器中具有重要的应用前景。

2023超级电容器行业分析汇报及技术研究现实状况一、电容器、超级电容器行业分析超级电容器根据制造工艺和外形构造可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型三者在容量上大体归类为5F如下、5F~200F、200F以上它们由于其特点旳不一样运用领域也有所差异。

钮扣型产品具有小电流、长时间放电旳特点, 可用在小功率电子产品及电动玩具产品中。

而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电, 有记忆存储功能旳电子产品中做后备电源, 合用于带CPU旳智能家电、工控和通信领域中旳存储备份部件。

此外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。

表1.表2是对三种超级电容器产业规模进行调查而得到旳数据整顿而成旳, 分别反应了世界和中国超级电容器产业旳状况。

从这两个表中我们不难发现三个问题:1.超级电容器产业旳发展非常迅速, 无论是钮扣型还是卷绕型或是大型超级电容器, 其产业规模都在高速扩展。

2、中国在钮扣型超级电容方面旳竞争力不明显, 在中国钮扣型市场中, 海外产品几乎占据了90%以上旳份额, 竞争非常剧烈。

数据表明, 近几年国内厂家旳市场份额也在逐渐扩大。

3、卷绕型和大型方面, 中国旳技术水平与国际靠近, 市场份额也比较理想。

近几年, 中国厂商旳销售收人也在呈几何倍数增长。

据调查, 国产超级电容器已占有中国市场60%~70%旳份额。

二、超级电容器技术研究现实状况超级电容器是运用双电层原理旳电容器。

当外加电压加到超级电容器旳两个极板上时, 与一般电容器同样, 极板旳正电极存储正电荷, 负极板存储负电荷, 在超级电容器旳两极板上电荷产生旳电场作用下, 在电解液与电极间旳界面上形成相反旳电荷, 以平衡电解液旳内电场, 这种正电荷与负电荷在两个不一样相之间旳接触面上, 以正负电荷之间极短间隙排列在相反旳位置上, 这个电荷分布层叫做双电层, 因此电容量非常大。

当两极板间电势低于电解液旳氧化还原电极电位时, 电解液界面上电荷不会脱离电解液, 超级电容器为正常工作状态(一般为3V如下), 如电容器两端电压超过电解液旳氧化还原电极电位时, 电解液将分解, 为非正常状态。

制备新型超级电容器电极材料及性能研究随着人们对绿色环保、高效能源的追求逐渐加强，超级电容器逐渐成为一种备受关注的新型能量储存设备。

然而，目前市面上的超级电容器在复杂环境下的持续使用能力以及高功率输出能力存在着一定的局限性。

因此，研发新型超级电容器电极材料是提升超级电容器性能的重要途径之一。

一、超级电容器用途及发展现状超级电容器是一种储存能量的装置，其具有快速充电和放电、高循环寿命、高功率、高能量密度等优点，常用于瞬间能量供应和能量回收等领域。

在航空航天、汽车、高铁等领域中，超级电容器已经广泛应用。

目前，国内外的超级电容器技术不断发展，已经涌现出一些新的研究成果。

例如，具有高能量密度和高功率密度的Asymmetric Supercapacitor（ASC）得到了广泛的关注，但其电极材料的制备和性能研究仍然是研究热点。

二、新型超级电容器电极材料的研究现状新型超级电容器电极材料的研究主要集中在纳米材料、多孔材料等方面。

其中，纳米材料的研究比较成熟，包括金属氧化物、碳纳米材料、聚合物等，已经取得了一定的研究成果。

而多孔材料是近年来的研究热点，由于其比表面积大、孔径可调、导电性好等优点，能够在超级电容器领域发挥重要作用。

目前，多孔材料的研究主要集中在金属有机骨架（MOF）、碳纳米管森林、氧化石墨烯等方面。

三、制备新型超级电容器电极材料的方案与方法新型超级电容器电极材料的研究需要综合多种学科知识，目前主要的方案和方法包括：（一）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种利用水热处理、干燥等方法制备超级电容器电极材料的方法，该方法制备的材料具有高比表面积、高孔径、高孔容等优点，适用于制备金属氧化物和复合材料等。

（二）氧化还原法氧化还原法是利用氧化还原反应制备电极材料的方法，该方法适用于制备镍、铁、银等金属电极材料，具有制备简单、成本低、性能优良等优点。

（三）电化学沉积法电化学沉积法是利用电化学反应将金属离子还原成金属形态并在电极表面沉积的方法，该方法制备的电极材料具有密集、紧凑的化学结构，具有优异的电化学性能和稳定性，能够制备出新型金属氧化物、还原氧化石墨烯等电极材料。

超级电容器的电极材料的研究进展一、本文概述随着科技的不断进步和新能源领域的飞速发展，超级电容器作为一种高效、快速储能器件，已逐渐引起科研工作者和工业界的广泛关注。

作为超级电容器的核心组件，电极材料的性能直接影响着超级电容器的电化学性能和实际应用效果。

研究和开发高性能的电极材料对于提升超级电容器的整体性能、推动其在新能源领域的应用具有十分重要的意义。

本文旨在对超级电容器的电极材料的研究进展进行全面的梳理和综述。

文章首先介绍了超级电容器的基本原理和电极材料在其中的作用，然后重点阐述了当前常用的电极材料类型，包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，并分析了它们各自的优势和存在的问题。

接着，文章综述了近年来在电极材料研究方面取得的重要突破和进展，包括材料结构设计、复合材料的开发、表面改性等方面的研究。

文章对超级电容器电极材料的研究趋势和未来发展方向进行了展望，以期为相关领域的研究者提供参考和借鉴。

二、超级电容器概述超级电容器（Supercapacitor），亦称为电化学电容器（Electrochemical Capacitor），是一种介于传统电容器和电池之间的储能器件。

其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命以及良好的环境适应性等特点，因此在能源储存和转换领域引起了广泛关注。

超级电容器的储能原理主要基于电极材料表面和近表面的快速、可逆的法拉第氧化还原反应或非法拉第的静电吸附过程。

相比于传统电容器，超级电容器能够提供更高的能量密度而相较于电池，它又具备更高的功率密度和更快的充放电速度。

这些独特的性能使得超级电容器在电动汽车、可再生能源系统、移动通讯、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

超级电容器的电极材料是其性能的决定性因素。

理想的电极材料应具备高比表面积、高电导率、良好的化学稳定性和环境友好性等特点。

目前，研究者们已经开发出多种类型的电极材料，包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等。

这些材料各有优势，但也存在一些问题，如比能量低、循环稳定性差等。

超级电容器电极材料的研究现状与发展陈新丽（指导老师：袁中直教授）华南师范大学化学与环境学院摘要：简单介绍了目前研究领域不同类别的超级电容器，并综述了近年来超级电容器电极材料的研究进展以及现状，并讨论了今后在超级电容器电极材料方面的研究重点和发展方向。

关键词：超级电容器；电极材料The current research situation and development of electrode materialsfor supercapacitorsChen Xin-liCollege of Chemistry and Environment,The South China Normal University, Guangzhou, China, 510631Abstract:Several different kinds of supercapacitors are introduced in this paper.A review is made of the development and current situation of electrode materials for supercapacitors. The development and key research work are also discussed . Key words: supercapacitor; electrode materials1. 引言伴随人类社会发展的日新月异，对能源的需求也飞速增长，但是传统的化石能源不可再生，近年的石油危机便充分暴露能源需求与供给之间的矛盾。

而且，全球生态环境日益恶化，人类今后会更加依赖清洁的、可再生的能源。

超级电容器的相关研究以及近年来的大力发展就顺应了人类对新型能源的需求。

超级电容器是一种介于普通电容器和二次电池之间新型无维护储能元件，比功率是电池的10倍以上，储存电荷的能力比普通电容器高，具有工作温度范围广、可快速充放电且循环寿命长、无污染零排放的新能源[1]。

超级电容器电极材料的制备和性能研究超级电容器是一种新型的储能设备，具有高能量密度、长寿命、高功率密度等优点，被广泛应用于电动汽车、航天航空、可穿戴设备等领域。

而电容器的核心部分就是电容器电极材料，其性能直接影响着电容器的性能和应用。

因此，研究和探究超级电容器电极材料的制备和性能具有重要意义。

一、超级电容器电极材料的种类和优缺点超级电容器主要分为两种类型：电解质电容器和电双层电容器，而电极材料也存在着相应的分类。

主要的三种电极材料分别为活性材料、碳材料和金属氧化物材料。

这三种电极材料各自有其优缺点。

活性材料具有良好的电化学性能，其内部存在大量活性位点，可以实现高比容量和高能量密度，但在反复充放电过程中会发生松散、膨胀和缩小等问题，严重影响着材料的稳定性和寿命。

碳材料是目前应用最广泛的电极材料，具有良好的导电性、耐腐蚀性和导电性，能够满足高功率密度的使用要求，同时也具有丰富的来源和制备方法。

但碳材料的比容量和比能量密度较低，制约了其在应用中的发展。

金属氧化物材料有着广泛的选择范围，该类电极材料具有很高的理论比容量和比能量密度，同时还具有良好的稳定性和化学稳定性，可以实现长期稳定工作。

但金属氧化物材料的制备难度较高，成本较高，能否大规模应用还需要进一步研究和探究。

二、超级电容器电极材料的制备方法超级电容器电极材料的制备方法多种多样，根据不同的电极材料和应用场合，采用的制备方法也有所不同。

一般而言，电极材料的制备方法包括溶胶凝胶法、热处理法、水热法等。

溶胶凝胶法是一种常用的电极材料制备方法，通常需要使用一定的溶剂、前驱体和催化剂等，通过溶解和混合等反应过程，最终得到所需电极材料。

热处理法是将前驱体在高温下热解，最终形成电极材料。

水热法是在高压高温下，将前驱体混合后得到的混合物，在水相中形成所需电极材料。

但这些制备方法存在着一定的缺点，如制备周期长、制备成本高、操作难度大等等，限制了超级电容器电极材料的应用发展。

超级电容器炭电极材料的研究一、本文概述随着全球能源需求的持续增长以及环境问题的日益严重，高效、环保的能源存储技术成为了科学研究的热点。

超级电容器作为一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，因其高功率密度、快速充放电性能以及长循环寿命等优点，在电动汽车、智能电网、便携式电子设备等领域具有广泛的应用前景。

炭电极材料作为超级电容器的核心组成部分，其性能直接决定了超级电容器的电化学性能。

因此，研究高性能的炭电极材料对于推动超级电容器技术的发展具有重要意义。

本文旨在探讨超级电容器炭电极材料的研究现状、发展趋势以及未来挑战。

我们将对超级电容器的基本原理和炭电极材料的分类进行简要介绍。

随后，重点分析不同类型炭电极材料的制备工艺、结构特征以及电化学性能，并对比其优缺点。

我们还将讨论炭电极材料在超级电容器应用中的实际问题，如循环稳定性、能量密度和功率密度等。

结合当前的研究热点和技术难点，展望超级电容器炭电极材料未来的发展方向，以期为相关领域的研究提供有益的参考和启示。

二、超级电容器炭电极材料概述超级电容器，作为一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命以及宽广的工作温度范围等优点，受到了广泛的关注和研究。

而炭材料，因其优异的导电性、高比表面积、良好的化学稳定性以及低廉的成本，成为了超级电容器电极材料的理想选择。

炭电极材料主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。

活性炭是最早被用于超级电容器的炭材料，其具有高比表面积和良好的孔结构，可以提供大量的电荷存储位置。

碳纳米管因其独特的一维结构和优异的电子传输性能，成为了超级电容器电极材料的研究热点。

石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其超高的比表面积、良好的导电性和化学稳定性，被认为是超级电容器炭电极材料的未来之星。

在超级电容器炭电极材料的研究中，如何提高其比表面积、优化孔结构、改善导电性能以及提高电化学稳定性是研究的重点。

通过物理或化学活化方法，可以增大活性炭的比表面积并改善其孔结构，从而提高其电荷存储能力。

二氧化锰基超级电容器电极材料的研究二氧化锰基超级电容器电极材料的研究宋姣摘要：超级电容器是一种新型储能器件，具有无污染、可快速充电、比电容大和可循环利用等的优点，应用广泛，引起广大的关注。

其中，电极材料是影响超级电容器比电容和稳定性的决定性因素之一，因此电极材料成为了超级电容器研究的重点。

二氧化锰具有资源丰富，价格低廉，对环境友好等特点，成为广大研究者关注的超级电容器电极材料。

全文主要分为三个部分，第一部分是介绍超级电容器，第二部分介绍超级电容器电极材料，第三部分介绍超级电容器二氧化锰电极材料。

结果表明二氧化锰是一种很值得研究的电极材料。

关键词：超级电容器;电极材料;二氧化锰随着社会的不断发展，人民的生活水平不断提高，对于能源的需求也越来越大。

为了人类社会的可持续发展，绿色能源逐步受到人们的广泛关注。

超级电容器作为具有对环境无污染、可以快速充电、比电容大、循环寿命长等优点的储能装置，得到极大的重视。

超级电容器以其优异的特性，具有比传统的化学电池更加广泛的用途，可应用于移动通讯、工业领域、国防科技、消费电子、电动汽车等方面。

但是，超级电容器能量密度不高限制了其应用领域。

超级电容器的组成部件中，电极材料是其电化学性能的重要影响因素之一，因此超级电容器电极材料成为研究的热点。

其中，二氧化锰因其价格低廉及其对环境友好等诸多优势成为超级电容器最具有潜力的电极材料之一。

1. 超级电容器简介超级电容器是一种介于传统电容器与蓄电池之间的，通过极化电解质来储能的新型储能元件,又称为双电层电容器或者电化学电容器等等。

该装置可以改变充放电电流以达到快速充放电的效果，可以在很短的时间内完成一次完整的充放电过程。

由于其具有瞬时大电流放电功能，使其具有较大的功率密度。

超级电容器按其储能原理分为两类[1,2]，一类是双电层电容器，一类是法拉第电容器。

双电层电容器是一种利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量的装置，其电极通常采用高比表面积的碳材料。

• 32•超级电容器作为随着社会的发展而出现的一种新兴能源储存元件，本身是一种极为特别的能源材料。

超级电容器已经在现代的社会生产过程中被广泛的进行应用，但实际上，超级电容器本身的性能较低，这是现代的研究者们着重进行探讨的一个关键点。

这就需要人们在对电容器电极的材料选择上进行改变。

下文将详细探讨在超级电容器的电极工艺过程中所使用的材料与因此产生的质量问题。

与传统的化学电源相比较而言，超级电容器中储存的电能主要来源于双电层和氧化还原赝电容的电荷传递。

与传统的电容器相比，超级电容器的优势在于他能够很快的放出极大的电流，并且充电速度与放电速度极快，充电放电的效率也比较高，本身使用寿命也比较长，这是因为超级电容器内部本身并没有产生化学上的反应。

因此，在社会生产的过程中对于超级电容器的使用也比较广泛。

1 电极工艺质量研究现状1.1 碳材料碳电极的电容器原理是使用电极与电解液之中储存的电力能量，电极与电解液的表面积能够决定电容器的主要容量大小，虽然他的容量与碳材料的表面积相比，他的表面积越大，电容器容量也越大，但实际上真正能够被投入使用的电量却并不多，多孔材料的孔内直径一般需要大于二纳米及以上，才能够在孔径之中产生双电层，产生了双电层的孔径才能够进行能量的储存工作。

如图1所示。

当多孔材料的孔径小于二纳米的情况下，这个系列会向着提高有效比表面积与可控微孔的孔径的方向发展。

使用碳材料作为电极的电容器，他的实际电容量大小与极化电位以及电极与面积大小的比例相关联。

因此可以使用极化电位的升高与扩大电极与表面积之间的比例，来成功的将电容量提高。

电极双电层中可以存在的电量的典型值约为15~40μF·cm -2。

表面积更大的电极材料意味着电容器可以获得更多的电容量。

最终的电容值可以由下式得出：式中：ε0为自由空间地绝对介电常数，ε为电导体和内部赫姆霍兹面间区域地相对介电常数，A 为电极表面积，d 为导体与内赫姆霍兹面之间地距离。

功能材料课程报告指导老师：学院：材料科学与工程学院专业：材料加工工程姓名：学号：日期: 2018 年7月13日超级电容器电极材料研究现状及存在问题摘要:电极材料是决定电容器性能的重要因素，高性能电极材料的开发是超级电容器研发的重点。

本文主要讨论了超级电容器阳极材料的研究现状及存在问题，这些材料包括：碳材料、贵金属氧化物、导电聚合物和一些其他材料。

复合或混合型电极材料可以显著提高超级电容器的综合性能，已经成为超级电容器电极材料发展的主要趋势。

关键词:超级电容器；电极材料；研究现状；存在问题1电极材料的研究现状1.1正极材料目前用作超级电容器电极的材料主要有三类:碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。

1.1.1碳材料碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。

碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量，其比表面积是决定电容器容量的重要因素。

尽管高比表面的碳材料比表面积越大，容量也越大，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及以上的空间才能形成双电层，从而进行有效的能量储存。

而制备的碳材料往往存在微孔(小于2nm>不足的情况。

所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(大于2nm>的方向发展。

除此之外，碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响[1]。

碳电极电容器其电容的大小和电极的极化电位及电极比表面积大小有关，故可以通过极化电位的升高和增大电极比表面积达到提高电容大小的目的。

电极/电解质双电层上可贮存的电量其典型值约为15~40μF·cm-2。

选用具有高表面积的高分散电极材料可以获得较高的电容。

对理想可极化体系而言，可通过无限提高充电电压而大量储存能量。

但是，对于实际体系却受电极材料和电解液组成的电极系统的可极化性和溶剂分解的限制，可通过加大电极比表面积来增加电容值。

电容C可由下式给出C=ε·ε0Ad式中:εε为电导体和内部赫姆霍兹面间区域的相对0为自由空间的绝对介电常数，介电常数，A为电极表面积，d为导体与内赫姆霍兹面之间的距离。