【正文】 容行為和較好的功率特性，復(fù)合電極比容量達(dá)到 F/g[16]。分析表明 :CmRF 碳?xì)饽z與 RF 碳?xì)饽z結(jié)構(gòu)類似，體積比電容為77F/cm3[15]。以甲酚 (C)代替間苯二酚得到 CF 碳?xì)饽z，雖然原料成本較低，但工藝條件苛刻 ,產(chǎn)業(yè)化也有困難。碳?xì)饽z一般采用間苯二酚 (R)和甲醛 (F)為原料，在催化劑作用下經(jīng)脫水干燥，得到 RF 碳?xì)饽z。碳?xì)饽z是一種具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的納米多孔材料，其密度變化 范圍大，孔隙率高，孔徑分布廣。目前含碳納米管的超級電容器電極材料有兩大主要方向：單純碳納米管作電極材料和含碳納米管的復(fù)合物作電極材料 [14]。 碳納米管的成本普遍較高。碳納米管的另一個(gè)重要特點(diǎn)是具有獨(dú)特的中空管腔結(jié)構(gòu) (孔徑多在 2~50nm),呈交織網(wǎng)狀分布，且微孔大小可通過合成 工藝加以控制。而當(dāng)前研究前景較好的是碳納米管和碳?xì)饽z。目前，主要研究的是具有高比表面積和內(nèi)阻較小的多孔碳材料、（活化）碳納米管以及對碳基材料 進(jìn)行改性的含碳的復(fù)合材料等（例如活性炭炭黑等復(fù)合材料） [13]。目前應(yīng)用于超級電容器的電解質(zhì)主要是有機(jī)電解液 ,與水系電解液相比 ,有機(jī)電解液內(nèi)阻較大 ,所以開發(fā)導(dǎo)電性好、安全性好、成本低的水系電解液或電解質(zhì)固態(tài)化也是研發(fā)超級電容器的主要工作之一。目前應(yīng)用于超級電容器的電極材料主要有 3 種：碳基材料、金屬氧化物及水合物材料和導(dǎo)電聚合物材料。大慶隆華電子有限公司是首家實(shí)現(xiàn)超級電容器產(chǎn)業(yè)化的公司，其產(chǎn)品有 ， 等系列； 2020 年 7 月，北京金正科技有限公司和石家莊開發(fā)區(qū)高達(dá)科技有限公司共同研究開發(fā)成功了大功率超級電容器產(chǎn)品，并開始批量生產(chǎn)，其技術(shù)水平已與俄羅斯接近。 在我國，國家己把電動(dòng)汽車列為國家“十五”高科技 攻關(guān)項(xiàng)目，同時(shí)為國家“ 863”科技攻關(guān)項(xiàng)目，國家將繼續(xù)投入巨資支持電動(dòng)汽車的研制開發(fā)。 kg 1。法國 SA5Y 公司的 33680 型超級電容器額定電壓為 3V，單體重量為 95g，比能量 美國 Maxell 公司方形超級電容器，采用碳布與鋁箔復(fù)合及有機(jī)電解質(zhì)，額定電壓為 3V，容量 1000～ 2700F。日本松下公司的圓柱型超級電容器，采用碳材料及有機(jī)電解質(zhì)，額定電壓為 3V，容量 500～ 3000F，功率密度 1000w 目前，俄羅斯、美國、日本等國就超級電容器己開展了大量研究工作，開發(fā)出了一些應(yīng)用產(chǎn)品。 kg1，甚至幾十 kw因而采用超大容量電容器 /電池混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被認(rèn)為是解決電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的最佳方案。如果僅用蓄電池 驅(qū)動(dòng)這樣的汽車，要提供如此高的功率，對電池的要求將很苛刻，而且會造成 60%以上的能量浪費(fèi)。比如一輛重 2 噸的汽車，要滿足其順利啟動(dòng)、加速、爬坡需功率為 150kW 的發(fā)動(dòng)機(jī)，而當(dāng)它新型超級電容器電極材料 碳化錳 /碳復(fù)合材料 –9– 以 80km (c) 與電池聯(lián)用的組合動(dòng)力系統(tǒng) 目前世界上研究最為活躍的是將超級電容器與電池聯(lián)用作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)。變電站所采用直流屏來控制開合閘，也是在極短時(shí)間內(nèi)輸出很大 功率，目前均采用鉛酸蓄電池，如果采用電容將能大大延長直流屏電源使用壽命，節(jié)約成本。鉛酸電池循環(huán)壽命也有限，廢舊電池對環(huán)境會造成污染。 (b) 用于大功率輸出 超級電容器最適于用在短時(shí)間大功率輸出的場合。甚至有文獻(xiàn)報(bào)道可能手機(jī)、便攜式電腦等的電池均可以采取超級電容器來取代。而且電容器具有極長的循環(huán)壽命，比采用電池作為電源要合算。 超級電容器取代電池作為小型用電器電源可謂方興未艾。例如，電腦中常用大容量的電解電容器，以保證突然斷電時(shí)電容器能提供足夠的電量讓內(nèi)存的資料存盤。 目前國內(nèi)的超級電容器商品基本都 是應(yīng)用于電子電路中，例如作為存儲設(shè)備的后備電源或?yàn)V波用低壓低頻電容元件。超級電容器的循環(huán)壽命很長 ,可達(dá) 10萬次以上。 10) 循環(huán)壽命。是指超級電容器的電容量低于額定容量的 20%或 ESR增大到額定值的1. 5倍時(shí)的時(shí)間長度。指超級電容器保持靜態(tài)儲能狀態(tài)時(shí) ,內(nèi)部等效并聯(lián)阻抗導(dǎo)致的靜態(tài)損耗 ,通常為加額定電壓 72 h后測得的電流 ,單位安培 (A) 。單位為歐姆 (Ω ) 。其值與超級電容器電解液和電極材料、制備工藝等因素有關(guān)。它表征超級電容器所能承受電流的 能力 ,單位為 kW /kg或 kW /L。 6) 功率密度 ,也稱比功率。 5) 能量密度 ,也稱比能量。 4) 最大存儲能量。 3) 額定電流。 此外還有浪涌電壓 ,通常為額定電壓的 105%。 2) 額定電壓。 超級電容器的性能指標(biāo) 目前 ,對超級電容器性能描述的指標(biāo)有 : 1) 額定容量。其作用機(jī)理是：通過在電極上聚合物膜中發(fā)生快速可逆 n型和 p型元素?fù)诫s和去摻雜的氧化還原反使聚合物達(dá)到很高的儲存電荷密度，從而產(chǎn)生很高的法拉第贗電容來儲存能量其較高的工作電位是源于聚合物的導(dǎo)帶和價(jià)帶之間有較寬的能隙 [11]。該電極是通過法拉第反應(yīng)存儲和釋放能量，同時(shí)具有電容性特征，所以稱用這種電極材料制備的電容器為法拉第贗電容器。與蓄電池或原電池發(fā)生的電極反應(yīng)相比，贗電容具有以下特點(diǎn)： ，電位隨時(shí)間線性增加；相反，當(dāng)電極以恒電流釋放電 酸性條件： MOX + H+ + e MOX1 (OH) 堿性條件： MOX + H+ e MOX1 (OH) 新型超級電容器電極材料 碳化錳 /碳復(fù)合材料 –7– 荷時(shí)，電位隨時(shí)間線性降低。在電極面積相同的情況下，法拉第贗電容的比電容是雙電層電容的 10~100 倍?；瘜W(xué)吸脫附機(jī)理一般過程為：電解液中的離子（一般為 H+或 OH）在外加電場的作用下由溶液中擴(kuò)散到電極 /溶液界面，而后通過如下界面電化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)入電極表面活性氧化物的體相中： 由于電極材料采用的是具有較大比表面積的氧化物，這樣就會有相當(dāng)多的同樣的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，適量的電荷就被存儲在電極中。當(dāng)將兩極與外電路連通時(shí)，電極上的電荷遷移而在外電路中產(chǎn)生電流，溶液中的離子遷移到溶液中成電中性，這便是雙電層電容的充放電原理。當(dāng)在兩個(gè)電極上施加電場后，溶液中的陰、陽離子分別向正、負(fù)電極遷移，在電極表面形成雙電層 。因此，在靜電作用和粒子熱運(yùn)動(dòng)的雙重作用下，電極 /電解質(zhì)溶液界面的雙電層將由緊密層和擴(kuò)散層兩部分組成。靜電作用使符號相反的剩余電荷相互靠近，形成緊密雙電層結(jié)構(gòu)，簡稱“緊密層”。 雙電層電容器是靠電極浸入電解液中所形成的電極與電解液的界面異號電荷 雙電層來存儲能量。雙電層電容器的容量與電極電勢和材料本身的屬性有關(guān)。由于受電解液中溶劑分解電壓的限制，充電電壓僅為 1~4V，主要通過加大電極比表面積來增加電容量。本質(zhì)上這是一種靜電型的能量儲存方式。為形成穩(wěn)定的雙電層，必須采用不和電解液發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用的導(dǎo)電性能良好的極化電極。于是，在電極上和溶液中就形成了兩個(gè)電荷層，這就是我們通常所講的雙電層。以下我們就一類電容器的原理做進(jìn)一步的說明。 表 是超級電容器和靜電電容器及電池的特性比較，從表中可以看出超級電容器的特點(diǎn) [8]: 表 靜電電容器、超級電容器與電池的性能比較 靜電電容器器 超級電容器器 電池 放電時(shí)間 106~103 1~30 ~3h 充電時(shí)間 106~103 1~30 1~5h 能量密度 (wh/kg) 1~10 20~100 功率密度 (W/kg) 10,000 1000~2020 50~200 循環(huán)效率 (%) ≈ ~ ~ 循環(huán)壽命 (次 ) ∞ 100,000 500~2020 超級電容器的原理 電化學(xué)電容根據(jù)儲能機(jī)理的不同可以分為兩類：一、采用高比表面積活性炭的電容器，是基于碳電極 /電解液界面電荷分離所產(chǎn)生的雙電層電容；二、采用 RuO2等貴金屬氧化物做電極的電容器，是利 用氧化物電極表面及體相中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的吸附電容，由于該類電容的產(chǎn)生機(jī)制與雙電層電容不同并伴隨電荷的傳遞過程發(fā)生，這種電容被稱為法拉第贗電容，現(xiàn)在，這類電容器更習(xí)慣被叫做電化學(xué)電容器或超級電容器 [89]。 (e) 漏電電流小，具有電壓記憶功能，內(nèi)阻小，抗過充過放性能好。超級電容器充放電過程中發(fā) 生的電荷轉(zhuǎn)移大部分都在電極活性物質(zhì)表面進(jìn)行，所以容量隨溫度的衰減非常小。超級電容器充放電過程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)具有很好的可逆性，不易出現(xiàn)類似電池中活性物質(zhì)那樣的晶型轉(zhuǎn)變、脫落、枝晶穿透隔膜等引起的壽命終止的現(xiàn)象，碳基電容器的理論循環(huán)壽命為無窮，實(shí)際可達(dá) 100000 次以上。而蓄電池則需要數(shù)小時(shí)完成充電，即使采用快速充電也需幾十分鐘。 (b) 充電速度快?？梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)放出幾百到幾千安培的電流。電容器的功率密度可為電池的 10~100 倍，可達(dá)到10wk由于其放電性能與靜電電容更為接近，所以仍然稱之為“電容”。同時(shí)，超級電容器可快速的充放電，而且壽命較長，今后很有可能發(fā)展成為一種新型、高 效、實(shí)用的能量儲存裝置。在每個(gè)電極的另一面緊貼有集電體以減少電容器 的阻抗損耗，其基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。 超級電容器的結(jié)構(gòu) 超級電容器的基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)高比表面積多孔性電極、多孔性隔膜材料以及吸附其中的電解液。根據(jù)命名角度的不同，對超級電容器有不同的稱呼，諸如超級電容器（ Supercapacitor）、電化學(xué)電容 器（ Electrochemical Supercapacitors）、超大容量電容器（ Ultracapacitors）、雙電層電容器（ Electric double layer capacitors,EDLC）等。超級電容研究領(lǐng)域 的國際權(quán)威 教授將其分為兩類：一是基于高比表面積電極材料與溶液間界面雙電層原理的雙電層電容器，另一類是基于電化學(xué)欠電位沉積或氧化還原法拉第過程的贗電容器（ Psuedocapacitors）。超級電容器是一種既似傳統(tǒng)靜電電容器 — 具有很高的放電功率，又似化學(xué)電源 — 具有很大的電荷存儲能力，且具有超長使用壽命的新概念器件。超級電容器的出現(xiàn)，正是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求。但是，總的來說，電容器的儲存能量相對較小。產(chǎn)量約占全球電子元件的 40%，產(chǎn)值約占全球電子元件的 10%以上，它作為備用電源被廣泛應(yīng)用于聲頻 /視頻設(shè)備、調(diào)協(xié)器、電話機(jī)、傳真機(jī)及計(jì)算機(jī)等通訊設(shè)備和家用電器中?，F(xiàn)有的電解質(zhì)材料主要由固體電解質(zhì)、有機(jī)物電解質(zhì) 和水溶液電解質(zhì)。當(dāng)前，人們研究的熱點(diǎn)是電極材料和電解質(zhì)，電極材料的研究主要在四個(gè)方面：碳電極材料 ，金屬氧化物及其水合物電極材料，導(dǎo)電聚合物電極材料，以及混合超級電容器。法拉第準(zhǔn)電容器則基于法拉 第過程，即在法拉第電荷轉(zhuǎn)移的電化學(xué)變化過程中產(chǎn)生，不僅發(fā)生在電極表面，而且可以深入電極內(nèi)部，因此可以獲得比雙電層電容器更高的電容量和能量密度。 目前，超級電容器的種類按其工作原理可以分為雙電層電容器、法拉第贗電容器（有文獻(xiàn)中也稱之為法拉第準(zhǔn)電容器）以及二者兼有的混合電容器。由于超級電容器具有比普通電容器更高比電容量和能量密度，而且同時(shí)具有比電池更高的功率密度，在通訊科技、信息技術(shù)、家用電器等各種工業(yè)領(lǐng)域以及電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。超級電容器的相關(guān)研究以及近年來的大力發(fā)展就順應(yīng)了人類對新型能源的需求。 at the same time with the release of large transient current characteristics, chargedischarge efficiency, and long cycle life characteristics. According to the principle of energy storage, there are two types of capacitors: electric doublelayer capacitor and faradaic pseudocapacitor. Nowadays， studies on supercapacitors are mainly focused on the preparation of high performance electrode material. In this thesis, MnC/C posites are prepared by the methods of Hightemperature carbonization. Since the specific surface area of posite materials for the electrode materials has a significant impact on the capacity, by changing amounts of K2CO3, to change the specific area of posite, and to change the capacity of the supercapacitor. In the three electrodes system, 1mol/L KOH is used as the electrolyte, MercuryOxidation Mercury electrode as reference electrode, and a platinum plate as auxiliary electrode. The technology of constant current charge discharge, cyclic voltammetry (CV) and electrochemical im