碳基/镍基复合材料的电化学性能研究(4)

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（4）碳纳米管(CNTs)

1991 年，日本 NEC 公司的科学家 Iijima 通过高倍率电子显微镜发现了一种新型管状纳米碳材料。它的高结晶度，较大的比表面积和良好的导电性，都有效的表现了其充当电极材料的优良特性，将其以一系列的化学反应进行简单处理后，可以将羧基、碳氢键、碳碳双键、羟基等大量官能团引进，通过这些官能团的引进可以大幅度增加比表面积，对电解质溶液充分进入电极材料有很大的帮助，提高了氧化还原反应的进行效率。因此受到了业界人士的高度重视。

1.3.2 金属氧化物通过这种物质作为电极材料，其原理是电极体相内部所包含的电活性物质能够和电解

质中的离子展开氧化还原反应，这个过程一般为可逆的，并能够形成和电极充电电位存在紧密联系的容量。电化学反应通常出现在表面位置，而少数情况下在其内部也会形成，其

各方面性质都得到了显著优化。金属氧化物在电极溶液中产生的法拉第电容与碳材料表面的双电层电容相比是远远超过的。另外，它在电极溶液界面形成的电容达到较高的水平，所以这方面的研究也受到了大量学者的关注。

1.3.3 导电聚合物这种物质也是近年来逐渐发展起来作为充当电极材料的理想选择。其中，比较典型的

电极材料有：聚吡咯[7]，聚噻吩，聚苯胺，聚并苯等，他们的优点很多，比如：有优异的电子导电性，约等于活性炭材料 2-3 倍的比容量，相当小的电阻。由 S.Ghosh 等人制备的聚磺酸苯乙烯(PEDOT-PSs)复合材料；扫速为 10V/s 时循环伏安图依然可以维持比较理想的矩形形状，这表明它能够在大电流充放电方面体现良好的性质。但是在现阶段而言，这方面的技术尚不成熟，仍存在致命的缺点，聚合物电极材料在充放电过程中会产生体积膨胀，导致其循环稳定性较差。提高该电极材料的循环稳定性是目前该研究领域亟待解决的课题，也是该材料商品化所必须面临的最大挑战。文献综述

1.4 超级电容器的现状

这种装置的功率密度达到较高的水平，能够在多种场合中进行应用，充电速率非常理想，因此是当前十分热门的课题。现阶段而言，其商业化发展已经取得了一定的成绩。美国还专门针对全密封超级电容器的开发设计了计划，其短时间的计划目标为:装置所具有的功率密度应提升至 500W·kg-1，相应的能量密度提升至 5Wh·kg-1；而长期的计划目标为:超级电容器所具有的功率密度经过不断优化提升至 1500W·kg-1，相应的能量密度增加至 15Wh·kg。现阶段而言，许多发达国家都对此类装置进行了深入的分析，并取得了阶段性成果。在上个世纪九十年代初，就开始有科研实力比较强的企业推出超级电容器，其工作电压处于 12～450V 之间，而相应的容量为 1 法拉到几百拉。这些装置能够在许多大功率场合中进行有效应用。该装置由于性能优异在多个工业领域都有所应用，比如它能够充当存储器、时钟装置的电源；并能够在航空、国防等重要的领域发挥不可忽视的作用。除此之外，电动汽车对电源存在比较严苛的要求，而超级电容器由于功能优秀，充当汽车的动力电源也能够发挥理想的的作用。常规动力电池在充电、使用范围等层面具有严重的局限性，某些条件还会严重影响电池的可使用年限。而超级电容器可以良好的符合汽车对功率较为苛刻的要求。在我国多家科研机构和学院都对车用超级电容器展开了深入的探究，并且我国已经把此类装置的开发加入到相关规范中。比如当前我国已成功将活性炭中加入纳米碳管，从而制备了性能比较理想极片[8]。实验数据证明，这种新型器件能够良好的优化电容器性能。显而易见，纳米碳材料对优化装置功能，尤其在增加能量密度方面发挥了十分理想的作用。