超级电容器电极材料研究现状(2)

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由于以RuO2为代表的贵金属氧化物的价格较为昂贵，科学家们一直致力于寻找可以代替它的其它廉价的过渡元素金属氧化物材料，由于价格较低同时性能也相对优异，MnO2和NiO逐渐取代了RuO2而成为超级电容器电极材料研究的重点。

NiO是一种廉价金属氧化物材料。它的制备方法有溶胶-凝胶法、静电喷雾法，最为常见的一种方法是先通过化学沉积法制备得到Ni(OH)2，然后将Ni(OH)2进行热退火处理，便得到了NiO。NiO在碱性条件下会发生氧化还原反应，如式(1)所示，这个反应的发生将会产生法拉第赝电容。NiO的晶体结构会影响它的比电容，当NiO的晶粒

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较小，晶界（结构相同但取向不同的晶粒之间的界面）等晶体缺陷较多时，OH-进出NiO晶体的自由度较大，所以在较大的区域里都会形成赝电容，赝电容量则会较大；对NiO进行高温热退火处理之后，会使得NiO的晶体结构趋于规整，缺陷变少，反而会导致其比电容的下降。Liu和Anderson两人[71]首次通过溶胶-凝胶法在镍片上长出了具有多孔结构的NiO薄膜，Xia等以石墨烯为基底利用同样的方法在其表面生长了一层多孔NiO薄膜，其比电容可达400 F/g。

3 导电聚合物材料

导电聚合物具有价格低廉、对环境友好、高导电率、高度可逆以及活性可控等特点，是用于制备超级电容器电极的理想材料之一。导电聚合物也是通过氧化还原反应来产生法拉第赝电容，氧化还原反应不仅在导电聚合物的表面进行，导电聚合物的内部也进行着氧化还原反应，并且氧化还原反应不会影响导电聚合物的内部结构，因而导电聚合物的氧化还原反应过程是高度可逆的[26]。

目前最常见的应用于超级电容器的导电聚合物材料有聚苯胺(Polyaniline, PANI)、聚吡咯(Polypyrrol, PPy)和聚噻吩[9](Polythiophene, PTh)以及它们的一些相关衍生物。导电聚合物在还原态的时候导电性能较差，因此导电聚合物材料一般用于制备超级电容器的正极。用导电聚合物作为电极材料的超级电容器必须在一个较为严格的电位窗口范围内工作，当电压过高时导电聚合物会分解，而电压较低时导电聚合物的导电性会很差，几乎成为绝缘体。

Kim等采用原位聚合的方法制备得到聚吡咯/碳纤维复合材料，其比电容可达588 F/g。Li等用纯聚苯胺修饰电极，其比电容可达815 F/g。另外，聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)由于具有较高的稳定性，也被广泛用于制备超级电容器电极。Roberts等采用电化学聚合的方法在金电极的表面沉积了一层聚乙撑二氧噻吩薄膜，其比电容可达990 F/g。论文网

复合材料

碳基材料具有良好的导电性和较高的机械强度，但碳基材料提供的主要是双电层电容，其电容量有限，而金属氧化物和导电聚合物提供的主要是法拉第赝电容，其电容量要比碳基材料的高很多，因此，将双电层材料和赝电容材料结合组成复合材料，使其具有更好的电容性能。伴随着碳纳米管和石墨烯的相继被发现，基于碳纳米管或者石墨烯的复合材料的研究备受关注。

.1 基于碳纳米管的复合材料

在基于碳纳米管的复合材料中，碳纳米管一般是用作支撑其他赝电容材料的基底[27]，并起到提高电极导电性的作用[28]，从而使得电极的等效串联电阻降低，能量密度得到提升。碳纳米管的加入不仅使得电极的电容性能得到提升，同时还提升了电极的机械性能。

Raymundo-Pinero等[28]采用共沉积法制备得到非晶态的a-MnO2·n H2O/碳纳米管复合材料，卷曲缠绕的碳纳米管形成开放的网状结构，为MnO2提供了可以附着的基底，既增大了电极的比表面积，又使得离子可以轻松的进入电极的内部。Ra等[29]采用静电纺丝的手段制备得到聚苯胺/多壁碳纳米管复合材料，多壁碳纳米管的加入不但提高了电极的导电性，还使得制备得到的纺丝的导电具有方向性，沿着纺丝方向的导电性要比其他方向的高3倍。文献综述