又称超级电容器（Supercapacitors），是上个世纪90年代发展起来的一种新型储能装置。它兼有常规物理介质电容器和蓄电池的双重特性但其比能量、比电容是常规电容器的1000倍以上，并且具有充电快（几秒钟）、循环寿命长（105次）、环境适应性强、无记忆效应、免维护、对环境无污染等优点以及良好的脉冲充放电性能和大容量储能性能，尤其可解决新一代数字通讯设备、高功率军事装备对功率密度越来越高的需求问题。蓄电池和EC组成的混合电池-电容系统（Batterycapacitorhybrid）可防止电池的过量消耗和劣化，增强电池寿命，且使整个电源系统的总重量大大减轻。这种介于常规电容器和蓄电池间的新型储能装置应用前景非常广泛。（1）民用方面：可作为未来环保型纯电动汽车、燃料电池的辅助电源，计算机、数字通讯系统等智能仪器的记忆支持电源，便携式电动工具的高脉冲能源，以及航标灯、交通信号灯、户外广告灯的免维护电源这种新型储能装置可与太阳能、风能等洁净能源配套使用，白天由太阳能提供能激并对EC充电，晚上则由EC释放能源。（2）军事应用：可作为新一代激光武器、潜艇、导弹以及航天飞行器等高功率军事装备的点火与启动电源。基于电化学电容器在比能量、比功率等方面的特点及应用前景，国家863计划己将超级电容器作为一项关键技术列入发展规划。电化学电容器通常由3个部分组成，即集电极、极化电极和电解液121.人们在对电容器的研究过程中，重点放在具有高比能量、高比功率的极化电极材料的研究上。目前主要有三类材料：碳素材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。这里主要介绍这三类材料的制备、结构、改性、工作原理以及电化学特性。
2电化学电容器工作原理电化学电容器与常规物理介质电容器不同，主要表现在储存能量的多少上。作为能童的储存或输出装置，其储能的多少表现为电容童的大小。电化学电容器充电时产生的电容量包括：在电极/溶液界面通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容量：在电极表面或体相中的准二维空间，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的法拉第准电容量。因而，按电化学电容器电荷储存原理可分为双电层电容器和法拉第准电容器原理2.1双电层电容器工作原理如所示：将一对极化电极浸在电解旗溶液中，当施加的电压低于溶液的分解电压时，在极化电极与电解质溶液的相界面，电荷会在原子尺度内（约0.30.5nm）分布、排列。由于静电作用，正极会吸引溶液中的负离子或离子团（相反，负极会吸引正离子），从而在极化电极与电解质溶液相界面形成紧密电双层（ElectricDoubleLayer）。伴随电双层的形成，电极界面累积大置带相反电荷形成的电容被称为电双层电容，且在两个固体电极之间产生电位差，能S以电荷或浓缩的电子存储在电极材料的表面。根据最简单的平行板电容器模型理论（Helmholz模型），其静电容童C与电极面积S成正比，与平板屯极间距离成反比。若电解质溶液的介电常数为则其静屯容量为：显然，为了存储更多电能I电极材料应尽可能具有较大的比表面积，且电解液中的离子完全接近，从而提高双电层容量。例如比表面积为丨000-2000m2/g的多孔活性碳材料，双电层厚度为溶剂化阴离子半径，根据上述公式可计算出比电容理论值达250F/g，比传统的介质电容器大得多。
双电层电容器充电状态电位分布曲线Fig 2.2法拉第准电容器工作原理准电容器工作原理是在极化电极表面或体相附近一定范围（准二维空间），进行快速、可逆、无相变的电活性物质欠电位沉积（Underpotentail dePOSTTTION，UPD），化学吸附、脱附或氧化还原反应，从而产生与充电电位的有关的电容来实现能量的储存这种电化学储能机理最早由Coway3开始研究并命名为“准电容”（pseduocapacitance）以示区别双电层电容。双电层电容在充电过程需消耗电解液，而法拉第准电容在整个充放电过程中电解液的浓度保持相对稳定。由于准电容的比容量往往是双电层电容量的丨0-丨00倍以上w，因此基于准电容电荷储存原理的导电聚合物、金属氧化物电极材料成为国内外研究的热点。
3电化学电容器电极材料3.1碳素材料碳素材料是最早被用于制造电化学电容器的电极材料。从1954年Beclc.碳素材料电化学电容器是基于双屯层原理来实现能量的贮存的。另外，碳电极表面通常有醌式结构的存在，这些具有氧化还原性的官能团会发生化学反应而提供法拉第假电容，这也是实测电容与根据双电层电容预测的电容相差较大的原因之一。Nakamure等、H3PMo12 *xH20水合物电极材料是制备高性能超级电容器较理想的金属氧化物电极材料，该材料比容童高达768F/g.这是因为在电极表面体相附近准二维空间发生无相变，氧化态连续改变的氧化还原反应m.（IV）、Ru（m）、Ru（Il）连续变化，可以得到工作电压达1.4V以及近乎常量的充放电电流或电容。但钌属稀贵金属，资源有限、价格过高，从而限制了它的商业化，目前仅用于高尖端军事装备。因此，制备篼比表面积的Ru02以提高材料的利用率、合成Ru02与其他金属氧化物复合材料以减少Ru02的用跫，寻找廉价金属氧化物以替代稀贵金属成为近几年来的研究热点。近年来，科学家在这方面开展了大量研究，取得一定进展。合成了如02与\10，V0r、TiOr、Zr02等复合氧化物材料341.这些方法的共同特点是：不同程度的减少了Ru02的用量，但仍保持较高的比容量；另外，也有不少研究者将Ru02与碳材料、聚合物等材料组合制备成复合材料，用作超级电容器的电极材料，取得了较好的效果采用溶胶-凝胶法制得多孔水合物NiO，电极材料。具体制备方法：将一定量的醋酸镍粉末在100*0条件下恒温干燥6h以上，在烧杯中按丨：丨0的比例将脱水粉末溶于蒸馏水中。在25X：水解36h以上，然后将翠绿色的水解液离心处理，移去上层液，在下层胶状沉积物中按丨：丨比例加入蒸馏水，搅拌、洗涤、过滤及到氢氧锞胶体。将多孔泡沫镍在该种胶状物中充分浸溃。干燥压片制得电极。该材料在碱性介质中稳定，比容量达到240F/g，具有良好的大电流充放电性能，循环寿命长。不足之处是可逆工作电位范围太窄（约0.5V），影响其应用。Mn02资源广泛、价格便宜、对环境无污染。人们对MnOi的研究有近150年的历史，对其结构与性能有较深入的了解，被广泛用作各种水性与非水性电极材料《近年来，Mn2作为超级电容器潜在的侯选电极材料己引起科学家的关注。本课题组采用溶胶凝胶法合成了无定型水合二氧化锰，并研究了Mn02在中性电介质溶液中的电化学准电容特性，发现在硫酸盐的水溶液电解质中该材料的可逆工作电位范围可达丨。IV，比容量为150F/g，表明Mn02作为超级电容器材料具有良好的应用前景。本课题组正开展Mn02纳米介孔结构电极材料在电化学电容器领域的研究，将使电极材料的准电容特性大大改善。
3.3导电聚合物材料导电聚合物超级电容器电极材料是近年来发展起来的一个新的研究领域。导电聚合物电极电化学电容器的电容主要来自法拉第准电容，其作用机理是：电极上的高分子聚合物膜发生快速可逆的n型或P型掺杂和去掺杂氧化还原反应，使聚合物达到很高的储存电荷密度，从而产生很篼的法拉第准电容来储存能量。根据掺杂方式的不同，导电聚合物电化学电容器结构可分为三类：1）对称结构相同电极材料均可掺杂p型元素；2）不对称结构一一电极材料不同，但均可掺杂p型元素；3）电极材料既可掺杂p型元素又可掺杂n型元素。第3类电极的放电能量要比第1、第2类高近丨倍左右。采用有机电解质时，此类电容器的工作电压可达3V，并释放所有电荷，具有类似蓄电池的放电特征，是最有发展前途的电化学屯容器，可称之为高比功率蓄电池f38i.常见的导电聚合物材料有：聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚亚胺酯以及它们衍生物的聚合物的制备方法。
