基于超级电容器的多孔电极材料研究进展

发布时间：2021-01-23 12:14

　　目前,对能源的需求急剧增加,超级电容器作为绿色储能器件备受关注。超级电容器按储能机理可分为双电层电容器及法拉第赝电容器两种。双电层电容器的电极材料主要由炭基材料组成,法拉第赝电容器的电极材料主要由导电聚合物及金属氧化物构成;炭基材料与导电聚合物或金属氧化物等复合产生的协同作用可获得更优异的电化学性能。多孔电极材料由于其大的比表面积、独特的多孔结构、多样化的组成和优异的电子导电性而引起了广泛的关注。总结了具有微观多孔结构的超级电容器材料的制备方法以及结构-性能的关系,对比指出多孔超级电容器电极材料因其更高的比表面积和孔隙率而更有利于获得高性能超级电容器。 

【文章来源】：功能材料. 2020,51(02)北大核心

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【部分图文】：

图1 双电层电容器工作原理

图1 双电层电容器工作原理近年来,多孔电极材料因高比表面积和孔隙率而备受关注,高比表面积有利于提高活性电极材料的利用率,孔隙的存在促进了离子扩散传输[7],进而提升电化学性能。多年来,已开发出许多新的电极材料以解决各种问题:(i)活性部位的高比表面积促进了充电容量;(ii)设计新型纳米结构可以缩短扩散途径并且在电极/电解质界面上提供最小化对质量传递的扩散阻力;(iii)分级孔隙度(微孔、中孔和大孔)可以提供快速的离子传输;(iv)引入缺陷和杂原子和/或官能团可以增加可用的活性位点并有效地调节电化学特征。毫无疑问,上述特征的多重协同效应将提高超级电容器材料在储能中的相关性能应用。

尽管大多数多孔碳纳米材料表现出较大的电容,但由于导电通路或含氧官能团的不相容性,导电率随着孔隙率的增加而降低,在很大程度上限制了功率容量。碳纳米管(CNT)的发现极大地推动了碳材料的科学。图3为碳纳米管结构示意图。碳纳米管分为单壁碳纳米管(SWNT)以及多壁碳纳米管(MWNT)[11],这两种碳纳米管作为储能材料都已被广泛研究。MWNT因其具有优异的高弹性模量及机械性能,在柔性超级电容器中也扮演重要角色。CNT由于其独特的孔结构、优异的电化学性能、良好的机械性能、热稳定性和较高的比表面积被认为是高功率电极材料。1.3 石墨烯

【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米碳材料负载过渡金属氧化物用作超级电容器电极材料[J]. 刘敏敏,蔡超,张志杰,刘睿.  材料导报. 2019(01)
[2]多孔石墨烯材料[J]. 刘小波,寇宗魁,木士春.  化学进展. 2015(11)



本文编号：2995189