关键词导电聚合物超级电容器纳米结构复合材料中图分类号: O631; TB34文献标识码: A文章编号: 1005- 281X( 2010) 08- 1610- 09Conducting Polymers as Electrode Materials for SupercapacitorsTu LiangliangJia Chunyang ( State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices, School of Microelectronics andSolid-State Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China)AbstractConducting polymers (polyaniline, polypyrrole and polythiophene) as electrode materials forsupercapacitor have been attracted great interest due to their low cost, high capacity, rapid charge and discharge,environmental friendliness and safety.In this paper, conducting polymers and hybrid materials of conductingpolymers and inorganic materials ( carbon materials /metal oxide materials) as electrode materials for supercapacitorhave been reviewed, it is believed that the conducting polymers with nanostructures and the hybrid materials ofconducting polymers and inorganic nanomaterials are the important research directions of electrode materials forsupercapacitor.Key wordsconducting polymers; supercapacitor; nanostructure; hybrid materialsContents1Introduction2The mechanism of storge energy of supercapacitor3Electrode materials of supercapacitor based onpolyaniline4Electrode materials of supercapacitor based onpolypyrrole5Electrode materials of supercapacitor based onpolythiophene6Electrode materials of supercapacitor based onhybrid materials7Conclusion and outlook1引 言电 化 学 超 级 电 容 器[1 ,2](electrochemicalsupercapacitors,ES )也叫超级电容器( supercapacitors) , 是介于电 池和 传统电 容器之间、 第 8 期涂亮亮等导电聚合物超级电容器电极材料· 1611·能快速充放电、基于电极 /溶液界面电化学过程的储能元件。 自 从 1957 年 Becker[3]申 请了 第一个超级电容器专利后, 便在世界范围内 掀起了 超级电容器的 研 究 热 潮, 然 而 直 到 1978 年 由 Panasonic /Matsushita 公司开发的 超级电容器产品 才在市场上[4]。 由于具有高的 能量密度、 较长的循环使用出现寿命、环境友好和安全性高等优点[5,6], 超级电容器可以广泛应用于交通、 移动通信、 信息技术、 航空航[7—10]。 随着对超级电容器电天和国 防科技等领域极材料和器件结构的深入研究, 研究者认识到要提高电容器的综合性能, 关键在于寻找合适的电容器电极材料。目 前, 超级电容器的电极材料可分为三类: 多孔碳材料( 活性炭、碳纤维、 碳纳米管等) , 金属氧化物( RuO2、IrO2等) 以及导电聚合物 ( 聚苯胺、 聚吡咯、聚噻吩及其衍生物) ( 表 1)[11 ]。表 1导电聚合物的理论比容量Table 1Theoretical specific capacitance of different conduct-ing polymersconductingpolymermolar mass( g/mol)dopingdegreemaximumworkingvoltage ( V)specificcapacitance( F /g)polyanilinepolypyrrolepolythiophenePEDOT9367841420. 500. 330. 330. 330. 70. 80. 81 . 2750620485210多孔碳材料和金属氧化物作为电容器电极的研[12—18], 而导电聚合物作为电容器究已有较多的报道电极的研究相对起步较晚。 由于该类材料具有成本低、比容高、 充放电时间短等优点[19,20], 近年来成为超级电容器电极材料研究的热点。 本文对超级电容器的工作原理及近些年导电聚合物在电容器电极材料的研究成果做了 简要总结, 阐 述了 该类材料在超级电容器的应用前景及价值。2超级电容器储能机理超级电容器可以按电极材料进行分类, 但是更普遍的是按储能机理分类。 超级电容器按照储能机理可分为两类: ( 1) 电化学双层电容器( 图 1 )[21 ], 其能量的储存主要由离子和电子在电解液和电极表面[22], 常用 电极材料有多孔碳分离形成双电层来完成材料; ( 2) 法拉第准电容电容器( 图 2)[21 ], 其能量的储存主要是由特定电压下电极材料的快速法拉第反[22], 常用电极材料有金属氧化物和导电聚应来完成合物。 由于法拉第准电容器是通过法拉第反应和双电层共同作用达到 高储能特性, 因 此相比双电层电[23], 大容量的电容器更趋于容器具有较大的电容量使用法拉第准电容器。 目 前用于这类超级电容器电极材料的金属氧化物多为稀有金属铱和钌, 虽然这些材料能提供大容量的 电容但却 因 资源稀缺而受限。 因此以聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物为代表的导电聚合物电极材料越来越多地引 起了人们的关注。