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超级电容器的性能与电极材料、电解液及其使用的隔膜有关，其中电极材料的选择对于超级电容器的制备是至关重要的。实际上，在超级电容器的研究过程中，关键在于开展具有高比功率电容、高比能量、较低的内阻、适当的化学和力学稳定性、良好的导电性以及容易形成双电层或法拉第准电容的极化电极材料的研究上。而这样的极化材料则以多孔碳材料、金属氧化物材料和各种复合电极材料的研究最为普遍。
目前的超级电容器电极材料一般采用碳材料、金属氧化物、导电聚合物以及各种掺杂复合物材料。
碳材料由于有以下独特的物理和化学性质而被广泛的用作超级电容器电极材料：(1)有较高的电导率；(2)较高的比表面积；(3)良好的抗腐蚀性；(4)高温下较高的稳定性；(5)可控的孔结构；(6)易于处理，与别的材料复合的时候时，相容性好；(7)相对价格较便宜。目前研究的碳材料有：活性碳、碳气凝胶、碳纳米管、炭黑、玻碳等等[5][ 6]。秦川丽等[7]用三聚氰胺甲醛树脂/碳气凝胶复合物经过炭化、KOH活化制得含氮碳/碳气凝胶复合材料。当含氮碳与碳气凝胶的比例为12:1时，得到的复合材料具有最高的比电容为312.8 F g-1，相比含氮碳103.4 F g-1和碳气凝胶230.1 F g-1比电容有一定程度的提高。Jyongsik等[8]用气相沉积法在碳纤维的表面形成一层聚苯胺的薄膜，通过控制引发剂/单体的进料比、反应室的气压及聚合温度来控制聚苯胺的厚度，其厚度大约20nm时获得了最高的比电容。
金属氧化物尽管具有较高的比容量和较好的电导率，但是由于其价格昂贵并且对环境有污染阻止了其商业化，因此采用资源丰富，价格低廉的金属氧化物或氢氧化物，例如金属镍的氧化物或氢氧化物，金属钴的氧化物或氢氧化物，金属锰的氧化物或氢氧化物等。氧化镍的理论电容高达2584 F g-1。氢氧化镍具有α和β两种晶格形态，α-Ni(OH)2的理论比电容为1735 F g-1，β-Ni(OH)2的理论比电容为1040 F g-1。α-Ni(OH)2具有较高的理论比电容，但是在碱液中极不稳定，很容易转化为β-Ni(OH)2[9] 。因此掺杂是改善Ni(OH)2 电化学性能、促进镍电池应用和发展的主要途径之一[10]。而氧化钴的理论比电容可达3000 F g-1以上，氢氧化钴的理论比电容为3458 F g-1。氢氧化钴同样具有α和β两种晶格形态，不同的沉淀剂可以产生不同晶型的Co(OH)2，通常α-Co (OH) 2 的比电容显著高于β-Co (OH) 2 的比电容。研究表明：采用化学沉淀法制备出的片状α-Co(OH)2其比电容达到1220 F g-1[11]，采用离子交换法、化学沉积和自组装过程合成出具有氧化还原活性的无机纳米结构的复合物Co(OH)2/USY比电容达到1492 F g-1[12]。金属锰的氧化物或氢氧化物存在多种形态α-MnO2，β-MnO2，δ-MnO2，γ-MnO2和γ-MnOOH，其中以α-MnO2理论比电容最高达1370 F g-1，Chen等人通过一种简单快速的方法，制备出不同形貌的纳米MnO2，且其最高比电容达到233.5 F g-1[13]。 导电聚合物在充放电的过程中发生氧化还原反应，在聚合物上快速产生n型或p型掺杂，从而使聚合物储存了很高密度的电荷，产生了很大的法拉第准电容[14]。导电聚合物的p型掺杂是指外电路从聚合物骨架中吸取电子，从而使聚合物分子链上分布正电荷，溶液中的阴离子位于聚合物骨架附近保持电荷平衡；n型掺杂是指，从外电路传递过来的电子分布在聚合物分子链上，溶液中的阳离子位于聚合物骨架附近保持电荷平衡。具有代表性的导电聚合物材料有：聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩。在导电聚合物中，进行有效n型掺杂的少。而且对于多数的导电聚合物来说，其n型掺杂往往不稳定，自身的膨胀和收缩可能导致循环过程中自身的降解，故其长程循环性不是很好。Jyongsik等[8]用气相沉积法在碳纤维的表面形成一层聚苯胺的薄膜，通过控制引发剂/单体的进料比、反应室的气压及聚合温度来控制聚苯胺的厚度，其厚度大约20 nm时获得了最高的比电容。