超级电容器是一种重要的储能设备，它可以提供比电池更高的功率和比传统静电电容器更高的能量密度，是根据电化学双电层理论研制而成，又称双电层电容器。超级电容器的基本原理：当向向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附着电极表面形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小再加上采用特殊电极结构，使得电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。超级电容器实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃，已经成为人们关注和研究的热点。

电极材料是影响电容器电化学性能的主要因素之一，目前有关超级电容器的研究主要集中在开发高性能的电极材料。电极材料主要有以下三种类型：活性炭材料、金属化合物和导电聚合物。其中活性炭电极材料以产生的双电层为主，金属氧化物材料与导电聚合物材料以产生的赝电容为主。导电聚合物是一种新型的电极材料，其最大的优点是可以通过分子设计选择相应的聚合物结构，从而进一步提高聚合物的性能，以得到符合要求的材料。导电聚合物电极电化学电容器的电容主要来自法拉第准电容，其作用机理是：通过在电极上的聚合物膜中发生快速可逆的n型或p型掺杂和去掺杂氧化还原反应，使聚合物达到很高的储存电荷密度，从而产生很高的法拉第准电容储存能量，其较高的工作电位是源于聚合物的导带和价带之间有较宽的能隙。电子导电聚合物的合成有电化学与化学合成两种方法，电化学电容器以电化学合成方法为主。因为在电容器体系中，对纯度要求很高，而化学合成方法要使用较多的化学助剂。在得到产物的同时产生较多的杂质，而且有些杂质不容易清除。对于各种类型的电子导电聚合物都可以通过电化学方法聚合，使用惰性金属电极或碳纸电极作为集流体，在单体分子的水溶液或有机溶液中，以恒定的电压或电流使材料发生聚合反应。某些无法确定聚合条件的材料，可以通过线性电位扫描(循环若干次)的方法合成聚合物，当聚合体系使用有机溶液时，反应要在氩气保护的条件下完成。[9、19-20]

聚苯胺是一种典型的导电聚合物，高分子化合物的一种，经一定处理后，可制得各种具有特殊功能的设备和材料。Surville合成了聚苯胺半导体并提出可能的结构形式，而聚苯胺的结构正式为人所认同是在1984年，MacDiarmid提出了聚苯胺可相互转化的4种形式，并认为无论用化学氧化法还是电化学方法合成的导电聚苯胺均对应于理想模型。中科院长春应化所的王佛松等人通过分析聚苯胺的IR和喇曼光谱，确认了醌环的存在并证明了苯、醌环的比例为3：1，MacDiarmid等人据此修正之前的模型，概括出了聚苯胺结构，如下图。[10-18]

聚苯胺掺杂产物的结构，主要由极化子晶格模型和四环苯醌变体模型进行解释。聚苯胺的主要掺杂点是亚胺氮原子。掺杂态聚苯胺结构：

聚苯胺由于其链刚性和链间强相互作用，使它的可溶性极差，在大部分常用的有机溶剂中几乎不溶，仅部分溶于N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮，这就给表征带来一定的困难，并且极大地限制了聚苯胺的应用。通过结构修饰（衍生物、接枝、共聚）、掺杂诱导、聚合、复合和制备胶体颗粒等方法获得可溶性或水溶性的导电聚苯胺。聚苯胺的电活性源于分子链中的P电子共轭结构：随分子链中P电子体系的扩大，P成键态和P*反键态分别形成价带和导带，这种非定域的P电子共轭结构经掺杂可形成P型和N型导电态。聚苯胺具有原料易得，合成简便，成本低廉等优点并且经掺杂后具有良好的导电性、化学稳定性和赝电容储能特性，被认为是一种具有很大发展潜力的超级电容器电极材料。[1-2]

用于超级电容器电极材料的聚苯胺主要有以下四种形式：⑴制备具有一定特殊形貌结构的纯聚苯胺材料用作超级电容器电极材料；⑵将聚苯胺材料与其他材料（碳材料或金属化合物）复合作为超级电容器电极材料；⑶将聚苯胺电极与其他电极材料构成不对称混合电容器；⑷以所制备的纳米结构的聚苯胺为碳前躯体，高温碳化制备聚苯胺基氮掺杂碳材料。以聚苯胺作为碳前驱体所制备的氮掺杂碳材料被认为是在碳基材料中提供赝电容性能的理想途径，所以聚苯胺在水性超级电容器中的应用研究具有重要意义。

在过去的十年里,已经有许多报道发表了聚苯胺作为电极材料在水的[3-5]和无水的[6-8]氧化还原超级电容器的使用。对于使用,需要合成聚苯胺高表面积。高表面积通过双层机制以及电解液的有效电极氧化还原机制产生较高的电荷存储能力。在研究中,合成的聚苯胺纳米纤维有高表面积，评估了作为水性氧化还原超级电容器电极材料的电化学性能。形貌规整的纳米结构聚苯胺材料具有有利于电解液的浸入和离子的嵌入脱出的大的比表面积和高的孔隙率，能够显著提高聚苯胺用作超级电容器电极材料的性能。

聚苯胺电极材料在不同的电解液中的电化学性能是不同的。电化学性能的测定使用电化学工作站（ＣＨＩ６６０Ｃ）测定聚苯胺电极的循环伏安曲线。三电极体系：PANI电极为工作电极，铂片为辅助电极，参比电极为Ag/AgCl、饱和KCl电极。聚苯胺电容器在1 mol/L KOH中的电化学电容性能：由PANI电极在1mol／L KOH电解液中的循环伏安曲线可知，不同于典型的双电层电容曲线，说明存在法拉第赝电容；增大扫速，峰电位发生位移，峰电流线性递增。由PANI电极在1mol／L NaNO3电解液中的循环伏安曲线可知，扫描电位区间-0.2到0.8V，该氧化还原电位间距较宽，无明显的氧化还原电流峰，这可能是由于酸性溶液中合成的聚苯胺聚合物中的各种阴离子于其嵌脱过程形成的电流峰相互叠加造成的。由PANI电极在1mol/L H2S04 电解液中不同扫速下的循环伏安曲线，扫描电位区间-0.2到0.8V，可看出PANI电极有明显的氧化还原峰；氧化还原电位区间较宽，峰电流随扫速增大逐渐消失。PANI电极在1mol/L的H2SO4、NaNO3和KOH 电解液中，电流密度5 mA/CM2下，比电容分别达404 F/g、208 F/g和279 F/g；当硫酸浓度增至2 mol/L和6 mol/L，比电容降为303 F/g和248 F/g。{比电容计算公式：Ｃ＝Ｉ#215;Δｔ／（ΔＶ#215;ｍ） 式中：Ｉ为放电电流，Δｔ为放电时间，ΔＶ为放电电压降，ｍ为电极活性物质PANI的质量}[21-24]