文 献 综 述

1. 超级电容器简介

超级电容器又被称为电化学电容器，是一种新型的脉冲电源，具有循环寿命长，原理简单和电荷转移能力强等优点[1,2]。与传统的电容器相比，超级电容器具有更好的功率性能和更高的能量密度。因此，超级电容器提供了一种理想的方法用于满足在21世纪中对于能量储存系统能量密度不断增长的需求，从而成为了新兴的化学电源研究热点。随着超级电容器电极材料研究的发展，一些新型的电极材料被尝试用于提高超级电容器的比电容和循环性能。

一般来说，基于超级电容器材料的储能机理，可以将其分为双电层电容材料和赝电容材料。双电层电容材料的电容性能主要来自于在其电极和电解液接触表面上的静电电荷聚集和分散。因此，双电层电容材料的性能主要依赖于其与电解液的接触面积。赝电容材料是一种电化学活性材料，它的电化学性能主要来自于这种电极材料表面发生的电化学反应。

2. 超级电容器发展现状

超级电容器的发展历史最早可以追溯到双电层电容性质的发现,即1879年Helmholz发现电极表面的静电荷能够吸引溶液中带异号电荷的离子,使它们向电极表面靠近,并在电极/溶液界面的溶液一侧距离电极表面一定距离处定向排列,形成一个与电极表面所带剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。由于在电极/溶液界面界面上存在位鱼,两层电荷不仅不能越过边界彼此中和,而能够稳定存在,由此形成双电层电容[3]。

但是将双电层原理用于能量的存储仅仅是近几十年的事。1968年,美国标准石油公司(SOHIO)的Boos提出将高比表面积炭材料用于双电层电容器的专利[4],并转让给日本NEC公司进行商业化开发。NEC公司于1978年首次推出商业化的超级电容器,并命名为Supercapacitor。这标志着超级电容器开始开始走出实验室,进入广阔的应用领域。但是早期的超级电容器是采用活性炭作为电极材料,分别采用有机电解液和水系电解液组成的对称型超级电容器。

在双电层电容器快速发展的同时,另一类超级电容器#8212;#8212;法拉第赝电容器也被广泛研究和开发。Trasttil[5]和Conway[6] 发现贵金属氧化物RuO2具有类似于电容的特性且比容量远高于碳材料电容器。但是,Ru02价格极其昂贵,只能在航空航天、军事等方面使用,难以实现商业化使用。因此,研究开始寻找廉价的过渡金属氧化物及其它化合物(导电聚合物)作为RU02的替代材料,研究最为广泛的主要包括镍、钴、锰等金属元素的氧化物及其水合物,以及聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物。1997年,ESMA公司开发了 NiOOH/AC混合电容器,混合电容器设计的先例。2001年,Amatucci报道了有机体系锂离子电池材料和活性炭组合的Li4Ti50i2/AC混合电化学电容器,是混合型超级电容器发展的又一里程碑。

目前,在超级电容器的产业化方面,日本、俄罗斯和美国处于领先地位,占据了超级电器的大部分市场。如美国Maxwell公司、俄罗斯的ESMA公司,日本的NEC公司等均拥有较为成熟的产品。美国、日本、俄罗斯、瑞士、韩国、法国等各国政府都把超级电容器的研究和开发作为战略性目标重点扶持,我国”十五” 863电动汽车专项中已把超级电容器列为专题进行研究。另外,我国政府也已经把超级电容器关键材料的制备技术列入国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006 #8212; 2020 年)之中[7]。但从整体水平来看,我国在超级电容器领域的研究和应用幵发均落后于世界先进水平。

3.超级电容器电极材料研究进展