石墨纳米笼用于超级电容器电极材料的研究(6)
目前，用做超级电容器研究的电极材料主要有三类：炭基材料、RuO和IrO等过渡族金属氧化物材料[1-14]。以及导电聚合物材料。活性炭以其吸附性能优异、电极结构灵活等优点得到广泛的应用。在电解液体系方面，有无机电解液即水溶液体系和有机电解液体系之分。无机电解液体系的电压值受水的分解电压限制一般在1 V左右，与有机电解液体系的3 V～4 V相比较低；但无机电解液体系中的离子半径相对较小，因此材料的可利用表面积较大，溶液电阻也相应较小；并且大功率放电特性较好。
在常用的KOH电解液体系中，钢壳及塑料壳的封装方式会造成电容器体积过大、能量密度与功率密度低的缺点。为了指导工业生产，开发体积小巧、充放电性能良好、寿命超长的大容量电容器，笔者选用一种比表面积1 660 m2/g的椰壳活性炭，先组装了扣式电容器对材料性能进行了考察，进而开发了电压1V、容量70 F的超级电容器单体，并对其大电流充放电性能进行了研究。
超级电容器作为环保型储能器件，以其能量密度高、充放电速度快、循环寿命长和无污染等优异性能，成为新能源领域的研究热点[11,12]。有关高比表面积活性炭、炭气凝胶、中孔炭和碳纳米管等炭质多孔材料的“双电层”电荷存储机理、离子扩散动力学、电子传递理论及其电极性能等已得到初步研究。近期，研究者着重对炭质多孔材料的表面、孔径及导电网络进行结构设计或定向控制，以期获得较高的比容量。理论上由双电层形成的比电容正比于炭质多孔材料的有效表面积，而有效比表面积的提高又将受到材料孔结构、表面化学、内阻、密度等的多重限制，致使目前比电容最高仅为44 F/g（双电极，有机系）；另外，R.Otz.结合大量的实验数据充分证明高比表面积活性炭比电容的理论极限值是200 F/g（单电极有机系）[13]。由此可见，炭质多孔电极材料比电容的提升空间是非常有限的。另外,用于超级电容电池电极的碳材料除了需要超高的比表面积来提供比电容，也需要高石墨化程度提高电极的使用寿命，抗腐蚀能力，但是一个碳纳米材料样品难以在同时具有高石墨化和超高比表面积性能。因此，寻找新型炭质电极材料或开辟新的途径以提高超级电容器的能量密度和功率密度极为迫切。
1.4选题的目的和意义
电池是最常用的储能装置，它可以提供高的比能量，但随着科技和社会的发展，许多场合如电动汽车等对电源功率的要求大大提高，已经远远超出了电池的承受能力。传统的电容器虽然可以提供非常大的功率，但其能量密度极其有限，也不能满足实际需要。超级电容器，也叫电化学电容器，是性能介于传统电容器和电池之间的一种新型储能装置，兼有电池高比能量和传统电容器高比功率的特点，其比容量是传统电容器的20倍～200倍，比功率一般大于1000W/kg，远远大于二次电池，循环寿命(>103次)也优于电池。
《2013-2017年中国电容器行业产销需求与投资预测分析报告》显示，我国的信息产业已具备了向更高层次发展的基础。随着电子信息技术进一步向社会和经济领域的全面渗透和越来越多的电子技术在走融合的道路，电子信息产品发展必然越来越快，市场进一步扩大，产品沿着一条从满足一般需求到人性化需求，再到个性化要求的道路发展。[11]
新产品和新功能的电子整机日新月异、产品的市场寿命越来越短，这对电子元件各个方面要求更高。且由于受世界经济环境的影响，电容器产业面临能源成本、材料成本、劳动力成本、环保成本的全面上涨，而产品销售价格却一再下降，整个行业的经营受到双重压力。所以电子元件产业要变强，必须做到企业创新、行业创新、产品创新，才能跟上电子信息整机发展的需要。
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