1.1.3 超级电容器电极材料的研究现状
超级电容器是利用电极/电解质界面的双电层或电极表面的氧化还原反应来储存电
荷。电极材料的选择对超级电容器的制备至关重要，采用不同电极材料的电化学电容器，
其储能原理、性能特点也各有差异。为了保证所得电化学超级电容器具有良好的性能， 所
选择的电极材料必须容易在电极/电解质界面上形成较高的双电层电容或法拉第准电容，
并具有适当的力学稳定性，以及良好的电子、离子传导性能。在超级电容器的研究开发过
程中，人们先后使用了许多不同的电极材料，大体可分为三类：碳电极、金属氧化物电极
和导电聚合物电极[8]
。
(1) 碳基材料
碳是最早被用于制备超级电容器电极材料的， 1954 年Beck申请了活性炭作电极材料
的双电层电容器专利至今，超级电容器的发展经历了半个多世纪，技术比较成熟[9]。近
年来研究主要集中在如何增大极化电位、 提高碳材料的比表面积和控制碳材料的孔径及孔
径分布，并开发出许多不同类型的碳材料，主要有：活性碳粉、碳黑、活性炭纤文、碳气
凝胶、碳纳米管、玻璃碳等。根据双电层理论，电极表面的双电层电容平均约 25μF/cm2
。
日本 NEC 公司 1991 年研制出了 1000F/g、5.5V、储能约 6kJ 的活性炭双电层电容器。他
们将活性炭粉和酚醛树脂粉按 7:3混合，球磨至 1500m2
，在 10MPa、150°C 下热压 l0min
成型，然后在900°C，N2 保持下焙烧2h 制成电极方块，切成适当大小的薄片作为电极使
用，电解液用30%的硫酸；该电容器单元工作电压 0.9V，6 个单元组成一个 5.5V电容器。
碳基电容器具有成本低廉、无污染、循环寿命长等优点，但是由于它内阻比较大，正极比
容量相对比较低，这将影响到电容器的整体性能[10]
。
(2) 金属氧化物电极
最初研究的金属氧化物超级电容器主要以RuO2、 IrO2等贵金属为电极材料， 由于RuO2
电导率比碳材料大两个数量级，电极在硫酸溶液中稳定，可以获得更高的比能量，制备的
电容器比碳电极电容器具有更好的性能。 目前的研究重点在于采用不同的方法制备大比表
面积的RuO2 电极材料，主要有热分解法、溶胶一凝胶法等。但是贵金属资源有限、价格
昂贵极大地限制了这类电极材料的大规模应用本文来自优/文(论"文\网，
毕业论文 www.youerw.com ，为了降低成本，一些研究者正在探讨其它
金属氧化物取代或部分取代 RuO2 的超级电容器。Ramani 等通过研究发现用碳-金属氧化
物制成的超级电容器比单独用碳制成的超级电容器具有更高的比能量和功率密度。 在其他
金属氧化物替代品研究方面，也有很多的尝试[11]
。一些廉价的金属氧化物如MoO2、NiO、
Co3O4 等有着与 RuO2 相似的功能，而且资源丰富、价格便宜，受到了国内外研究者的广
泛关注。虽然这些氧化物的比容量和 RuO2相比有一定差距，但是他们的理论比容量都在
l000F/g以上，为了提高他们的实际比容量，各国的研究人员还有大量的工作去做。
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