文献综述

Helmholtz于174年提出了这样一个模型【[1]】，两个负荷相反电荷的平行面，一个是在金属表面，另一个则是在溶液一边，就像平行板一样，而且两个表面的距离仅在数微米，就构成了一个金属/溶液界面模型。而且普遍让人接受的一个概念是这两种材料的边界存在双电极控制吸附现象，从而影响电荷传递反应的速率。而当在这个模型中引入一个具有特别大的活性表面的新材料，比如特别处理过的碳、一些过渡金属氧化物、电合成导电聚合物时，其电化学性能将发生巨大而良性的变化，根据上述现象所开发出的电容器就被称为”超级电容器”。 它具有大电容量,可大电流快速充放电和高循环使用寿命等优点。这样一种优秀的新材料器件必然是世界工业生产中的一个焦点，比如超级电容器在电动汽车领域中的开发应用已引起全世界范围的广泛重视【[2]】。传统动力电池在高功率输出、快速充电、宽温度范围使用以及寿命等性能方面存在一定的局限性, 甚至滥用条件下工作可能还会显著降低电池的寿命。而相比之下, 超级电容器则具有比功率高(大于1 kW/ kg , 甚至达每千克几十千瓦)、寿命长(10 万次以上)、使用温度宽(-40 ℃～ 60 ℃)及充电迅速(小于3 min)等优异特性, 能较好地满足电动车, 特别是混合动力型电动车在启动、加速、爬坡时对功率的要求, 若与动力电池配合使用, 则可充当大电流或能量缓冲区, 减少大电流充放电对电池的伤害, 延长电池的使用寿命, 同时还能较好地通过再生制动系统将瞬间能量回收于超级电容器中, 提高能量利用率。当然不仅仅在汽车领域，在移动通讯、交通工具和国防工业等领域超级电容器也有广泛的应用，因此各国纷纷制定出电化学电容器的发展计划并将其列为国家重点战略研究对象。

在如何获得高性能的超级电容器的研究中，最核心的课题是开发

出具有高比电容的炭电极材料。炭材料具有优良的导热和导电性能【[3]】,其密度低,抗化学腐蚀性能好, 热膨胀系数小, 弹性模量不高。可通不同方法制得粉末、块状、纤维、布、毡等多种形态,被广泛用于电化学领域作电极材料。超级电容器的电容量主要是在极化电极的双电层上积累电荷, 单位比电容条件下电极的表面积愈大, 则单位重量或体积电极的电容量就会愈高。因此就必须考虑用活性炭之类有较大比表面积的炭材料作为电极材料。而影响极化炭电极的比电容除了表面积外,还存在许多其它的因素。

比如孔的分布，按照国际纯粹与应用化学会( IUPAC) 分类, 多孔材料的孔可分成三类: 即微孔( lt; 2 nm) 、中孔(2 nm～50 nm) 和大孔( gt; 50 nm) 。大多数AC 材料中大孔所形成的表面积通常小于2 m2/ g ,与中孔和微孔(Micropore) 表面积相比可以忽略不计, 而总表面积通常也被分为微孔表面积和不包括微孔表面积在内的所谓外表面积( External surface) 。如果微孔表面积和外表面积都有同样的电吸附性能, 即单位微孔表面的双层电容与外表面积的完全一样, 则随着总表面积的增大, 电极的比电容将线性增大。另外还有材料表面的官能团的分布，石墨微晶的取向，电流密度等都是一些影响因素。

对于炭材料的制备，我将采用简单的物理混合或者是浸渍法。第一种是将良好的活性炭颗粒和KOH粉末物理混合【[4]】。第二种是将浸渍的活性炭原料颗粒和浓缩的KOH溶液进行化学活化作用。活性炭和KOH的混合物以5#176;C/min的升温速率预先加热到400#176;C并保持这个温度2小时以去除不稳定的混合物，然后以5#176;C/min的速率直接将这个温度加到750#176;C以使无烟煤粉末活化。活化之后，预备的活性炭用蒸馏的方式清洗并去除离子水直至除去的部分PH值接近7，之后使它们在110#176;C的真空环境下干燥24个小时。

接下来便是炭电极的制备，先将活性炭和乙炔黑以4:1的质量比混合并切成薄片放进10*7mm的矩形板内。将装着炭的矩形板在一不锈钢网上进行压制之后，在干燥箱内以60#176;C恒温干燥24小时。

至于炭电极的性能测试则是选择循环伏安法，在-0.4#8212;0.9V的电压范围内以从1-100mV/S的不同扫描频率进行测试。循环伏安法在3M硫酸溶液中使用一种三电极系统。这个三电极系统的构成是由一块活性炭电极作为工作电极，一块银或者氯化银电极作为参照物，一根1.6mm的铂丝作为对电极。其比电容和稳定性也可以用一种双电极系统在3M硫酸溶液中进行1000次循环以进行测量。这种双电极系统由两个活性炭电极作为正负端以实现充放电的实验。比电容可以通过方程计算：

Cm=2*（I*△t）/m*△

Cm是比电容，I是放电电流，△t是单次充放电时间，△V是电压的该变量，m是活性炭电极的质量。