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30广东化工2005年第11期

多孔炭材料在超级电容器中的应用

符瞰，李忠，夏启斌，奚红霞

(华南理工大学化学工程研究所，广东广州510640)

[摘要]本文较全面地论述了炭电极和超级电容器的工作机理和优点，讨论炭结构和表面对超级电热器
电容量和放电速度的影响以及分析其对漏电流的影响，并介绍前人对多孔炭电极材料进行改良的方法，对目前
所使用的活性炭粉、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管、纳米碳纤维等炭电极材料进行比较，讨论所存在的一些问
题及对未来进行展望。
[关键词]活性炭；超级电容器；炭电极

ApplicationofCarbonMaterialsintheSupercapacit0r

FuKan，LiZhong，XiaQibin，XiHongxia
(Inst．ofChem．Eng．，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China)

Abstract：Theprincipleandadvantagesofcarbonsupereapacitorarereviewedallround．Itdiscussesthatthe

structureandsurfaceofcarboninfluencethecapacitiesandcharge·dischargevelocityofsupercapacitor，analyzesthe

leakagecurrent，andintroducesthemodificationmethodsforcarbonmaterials．Moreover，thematerialsofcarbonelec．

trodesuchasactivatedcarbon，VGCF，aerogel，CNT，CNF，whichareusednow，arecompared．Theproblemswhich

haven’tbeensolvedareindicatedandtheprospectsofthematerialsofcarbonelectrodearereviewed．

Keywords：carbon；supercapacitor；carbonelectrode

超级电容器(supercapacitor)是一种先进的高能量存储1炭超级电容器的工作原理及影响因素
元件，其比功率达到1kW／kg量级以上，循环寿命在万次
1．1炭超级电容器的工作原理
以上，比普通电池具更高功率密度，比传统的充电电池具有
更长的循环寿命，比传统电容具有更大的能量密度。并且超超级电容器也叫超级电池，它与传统静电电容器不同，
级电容器从原料到成品均无污染都不会损害环境和生态平在工作时主要通过界面双电层来储存电能。如图1中(b)所
衡；可替代蓄电池，减少其造成的环境污染；可用做主电源示，充电后电子整齐排列，从而储存能量。充电时超级电容
备用电源或辅助电源；在信息技术、电动汽车、航空航天和国的两个电极上的电位分别升高和降低，使整个电容产生了一
防科技等多个领域具有极其重要和广阔的应用前景。定的电位差。根据Helmhohz平板电容器理论模型，由于电
超级电容主要依靠静电荷在电极和电解液界面之间所极和电解质溶液两相的电化学势不同，电极表面上的静电荷
形成的双电层中储存能量，电极材料的比表面大小是影响双从溶液中吸引部分不规则的离子，使它们在电极／溶液界面
电层储能容量的关键，选用高比表面积的材料当电极才能储的一侧离电极一定距离处聚集起来，形成电荷数量与电极表
存高能量。与聚合物电极和金属氧化物电极材料相比，面剩余电荷数量相等而符号相反的充电层。就通常所讲的双
炭电极具有较大比表面，优良的导热和导电性能等优点，电层，由于电层界面上存在位垒，两层电荷都不能越过边
其密度低，抗化学腐蚀性能好，热膨胀系数小，能够储存较多界彼此中和，从而可以稳定存储电荷。在放电时，如图1中
的能量，快速充放电，且价廉易得，易于实现工业化生产，是(a)所示，电子通过外电路从负极流到正极，使两电极上的电
目前唯一实用化的双电层电极材料’，成为超级电容技术位得到恢复，而电解质溶液中的正负离子则分别摆脱负正电
研究的热点。极表面的吸引．重新回到电解质内部。当然，超级电容在充

[收稿日期]2005—10—13
[作者简介]符瞰(1979一)，男，硕士研究生，主要研究方向：吸附分离]：程。

2005年第11期广东化工31

放电的时候，电极表面或体相中电活性物质会进行欠电位沉电720s后漏电流也仅为49A。漏电流作为评价电极的稳
积，发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应，使电容定性和放充电的速度的一个关键参数，将随着超级电容技术
器的容量有一定的增加，这种增加了的电容