球状石墨微纳米材料的制备与性能研究(5)

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赝电容器，又称为法拉第准电容，其电容的产生是电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应，从而产生和电极充电电位有关的电容。赝电容不但能在电极表面发生，也能在电极内部发生，所以与双电层电容对比具有更高的电容量。相同电极面积下，赝电容相对于双电层电容器，其电容量能达到10-100倍。现在，赝电容的电极材料有过渡金属氧化物和导电聚合物。

1.4氮掺杂碳基超级电容器电极材料

Guo等[39]使用自组装的方法制备了分级纳米结构的碳材料，利用功能化的碳球隔开石墨烯片。分级纳米结构的碳球/石墨烯复合物作为超级电容器的电极材料不仅增大了石墨烯超级电容器的电容量（变为原来电容量的170 %），而且电容器的功率密度、能量密度及循环寿命均得到了提高，其中，功率密度达到了15.4 kW kg-1。

Xu等[40]使用商业球状聚偏二氟乙烯（PVDF）作为前驱体，成功制备了单分散的碳球材料。PVDF纳米球通过低温有机碱脱氟处理，再经高温碳化获得单分散的碳球材料，该材料具有多孔结构（孔径约为170 nm）及较大的比表面积（约为525 m2/g）。在6 M KOH的电解质中，测得该材料的电容量约为190 F/g。虽然单分散碳球材料的电容量较小但其制备方法相对比较简单，材料的制备成本较低。

Liu等[41]使用多巴胺为氮源，TEOS为模板，通过调控氨水的用量获得了氮掺杂核壳碳球、氮掺杂单层中空碳球及氮掺杂双层中空碳球。1M H2SO4的电解质中，在1 A/g的电流密度下测试上述三种材料的电化学性能，氮掺杂核壳碳球、氮掺杂单层中空碳球及氮掺杂双层中空碳球的电容量分别为215 F/g、280 F/g和381 F/g，即使循环测试3000次后，电容量均仍保持原有的97 %，说明上述材料均具有着良好的电化学性能，其中，氮掺杂双层中空碳球的电化学性能最佳。

1.5其他纳米碳超级电容器电极材料

Yang等[42]使用软模板法，通过水热法成功合成了纳米中空碳球。在软模板法中，聚（环氧乙烷）－聚（环氧丙烯）－聚（环氧乙烷）共聚物作为模板，α-环糊精作为碳前躯体，经水热处理，在氩气氛围中煅烧除去软模板，最终制备得到纳米中空碳球。纳米中空碳球在球壁上存在着微孔和介孔结构，材料的比表面积为380 m2g-1。将MnO4－与中空碳球反应，使MnO2晶体在纳米碳球表面生长。碳球和MnO4－之间的氧化还原反应只发生在碳球表面上，形成中空碳球－MnO2材料，再控制条件使得MnO4－在中空碳球的核心反应，使得MnO2 晶体能够在中空碳球的内外表面共同生长，MnO2与碳球结合的越好，材料的电化学性能提高得越多。来!自~751论-文|网www.751com.cn

Zhang等[43]在Ta片上垂直生长碳纳米管，再通过电沉积法将氧化锰复合在碳纳米管上，从而制备出碳纳米管/氧化锰复合材料。碳纳米管/氧化锰复合材料（CNTA）具有许多优点，如分级多孔结构，较大的比表面积、良好的导电性、优异的大电流放电能力（当电流密度为77 A/g时，材料的电容量仍保持原有的50.8 %）、较高的电容量（199 F/g和305 F/cm2）和较长的循环寿命（在20000次充/放电循环后其电容量损失为3 %）。综合上述实验数据说明，CNTA作为超级电容器的电极材料有着巨大的潜在的应用价值。

1.6文献总结

到目前为止，人们采用了水热法，高温热解法，气相沉积法合成了碳球，并进一步通过KOH活化，NaOH活化，H3PO4活化或者CO2活化制备出了石墨球。通过文献查阅，我们可以看出，通过改变无机前驱体的种类或者加入不同的添加剂，可以合成球状的碳/石墨微纳米材料。并且控制反应条件，可以得到高性能的纳米微碳球材料。