导电聚合物 碳素材料原理碳素材料原理EDLC种类活性炭(AC);活性炭纤维(CFA);碳纳米管(CNTs);炭气凝胶(CAGs);石墨等原料丰富价格低廉 比表面大 导电性好 化学2.1 碳材料优点原料丰富价格低廉;比表面大;导电性好;化学稳定性高缺点 比电容相对较小;能量密度不高研究热点活化活性炭(物理/化学);碳材料的分散高度有序的碳纳米管阵列;修饰石墨烯; 复合材料 :如CNT与金属氧化物、导电聚合物、石墨烯的复合材料 2.1 碳材料M Hummers ( )( ) ultiwalled Carbon Nanotubes MWCNTsCurved Graphene Nanosheets CGN 多壁碳纳米管法剥离 弯曲石墨烯纳米片Wang, Huanwen, et al. "Cutting and unzipping multiwalled carbon nanotubes into curved graphenenanosheets and their enhanced supercapacitor performance." ACS applied materials & interfaces 4.12 (2012): 6827-6834. 金属氧化物材料原理金属氧化物材料原理以法拉第电容为主,也包含双电层电容:离子的吸附/脱吸附和插入/脱出种类贵金属氧化物(RhO、IrO);贱金属氧化物(Co 3 O 4 、NiO/NiOH 、 MnO 2 、V 2 O 5 等)2.2 过渡金属优点高的比电容(是碳材料的 10 ~ 100 倍);稳定性好缺点结构致密,导电性能差;电势窗口太窄研究热点通过不同的制备方法(如PLD)得到纳米化的结构,如已制备了纳米棒、纳米片纳米环、分级多孔纳米花、中空纳米球等,主要为了增大表面积,同时有利于离子的传输;复合材料 2.2 过渡金属Wang, Huanwen, Yalan Wang, and Xuefeng Wang. "Pulsed laser deposition of the porous nickel oxide thin film at room temperature for high-rate pseudocapacitive energy storage." Electrochemistry Communications 18 (2012): 92-95.Wang, Huanwen, Yalan Wang, and XuefengWang. "Pulsed laser deposition of large-area manganese oxide nanosheet arrays for high-rate supercapacitors."New Journal of Chemistry (2013). 导电聚合物材料原理导电聚合物材料原理 主要是法拉第准电容:电极内具有高电化学活性的导电聚合物进行可逆的P型或n型掺杂或去掺杂;还有一部分电极/溶液界面的双电层种类 聚吡咯;聚苯胺;聚噻吩2.3 导电聚合物种类 聚吡咯;聚苯胺;聚噻吩优点 通过设计聚合物的结构,优选聚合物的匹配性,来提高电容器的整体性能;比电容大;成本低缺点 品种少;直接用导电有机聚合物作电化学电容器电极材料电容器内电阻较大;充放电过程会发生膨胀,影响使用寿命研究热点 开发新的导电聚合物;改进导电聚合物电极材料的性能,优化超级电容器阴、阳极上聚合物的电化学匹配性;复合材料 3. 展望提高高比电容1.要有 大的比表面积,高比表面意味着有更多的反应活性点。2.要有,高比表面意味着有更多的反应活性点。2.要有 合适的孔分布,孔网络以及孔长度,这些条,孔网络以及孔长度,这些条件都有利于离子 以较高 的电极材料提高能量密度宽电势窗口件都有利于离子 以较高 的速率传输。3.复合电极的电荷速率传输。3.复合电极的电荷传输电阻要低传输电阻要低。4.有较高的电化学。4.有较高的电化学 稳定性和机械稳定性。 3. 展望未来电极材料的发展有 两个重要的方向 : • 复合材料金属氧化物材料• 导电性差碳材料• 比电容小 例如:• 材料纳米化• 纳米结构的材料具有高比表面积,能够为电子和离子的传输扩散提供短通道,从而提高与电解液离子的接触,使得材料在高电流密度下也有高的充放电速度。• 导电性能好• 比电容大 ! 欢迎大家批评指正 !