容器和二次电池的技术特性，能提供比普通物理电容器更篼的比能置和比二次电池更高的比功率及更长的循环寿命，同时还具有比二次电池耐高温和免维护的优点，填补了普通物理电容器和二次电池之间的空白。它有可能成为移动通讯、便携式计算机、电动汽车等的移动电源，因此，超级电容器的研发受到各发达国家的高度重视，并己纷纷制定出发展计划。
超级电容器能童的储存是通过采用高比表面积多孔电极以及将能置储存在扩散双层之间来实现的，充电时产生的电容包括：在电极/电解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（double-layercapacitance）；在电极表面或体相中的二维或准二维空间，电活性物质发生欠电位沉积，高可逆的化学吸附、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（pseudocapacitance）。超级电容器的性能与电极材料、电解液及其使用的隔膜有关，而电极材料是其中最主要的因素，因为它是超级电容器的重要依托，电极材料性能的好坏直接影响到电容器性能的好坏。目前用作超级电容器电极的材料主要有三类：碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。
2碳材料碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。从1954年Beck发表的相关专利以来，至今己经有半个世纪的发展历史了。碳电极电容器主要是利用储存在电极/电解液界面的双电层能量，其比表面积是决定电容器容量的重要因素。理论上讲，比表面积越大，容量也越大，但实际上通常只会提高M量比容量，更重要的体积比容量会降低，而且导电性下降研究发现，高比表面的碳材料虽然具有较大的比表面积，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径大小不一样，分为微孔（<2nm）、中孔（2~50nm）、大孔（>50nm），而只有大于2nm（水系）或5nm（非水系）的孔才对形成双电层有利，所以在提高比表面积的同时要调控孔径分布。除此之外，碳材料的表面性能（官能团）、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响。现在己有许多不同类型的碳材料被证明可用于制作超级电容器的极化电极，如活性炭、活性炭纤维、碳气溶胶、碳纳米管以及某些有机物的裂解碳化产物等。
2.1活性炭（AC）目前己制备出比表面积超过3000m2/g的活性炭材料，但用于超级电容器电极时其真正的利用率仅为30%左右，因此，目前通常使用的AC比表面积为1500m2/g左右，一般不超过2000m2/g，其最篼比容量达到280F/g（水系电解液）和120F/g（非水系电解液）。
活性炭材料的电导率是影响超级电容器充放电性能的重要因素之一。对于活性炭材料，其电导率随材料表面积的增加而降低，一方面是因为材料微孔孔壁上活性炭的含fi随表面积的增大而减小：另一方面是活性炭材料的电导率与活性炭颗粒之间的接触面积以及活性炭颗粒所处的位置有密切的关系在大比表面（1420m2/g）的非导电活性炭中加入小比表面（220m2/g）的导电碳黑，当碳黑达到25%（质量分数）、在1M的KOH水溶液中、电压扫描速率20mV/s时最大比电容为108F/g，研究认为复合电极的最大电容童与碳黑含童有关，当碳黑低于一定限度时，电容主要受电极一端电子阻抗影响。
2.2碳气凝胶碳气凝胶是一种新型轻质纳米多孔无定型碳素材料，其孔隙率高达80%~90%，比表面积高达500~1000m2/g，密度变化范围广，结构可调。它的大比表面积和高电导率使其成为超级电容器和可充电电池理想的电极材料*WencuiLi等⑴用甲酚、间苯二酚和甲醛（CmRF）合成的碳气凝胶制备电极，比表面在400~700m2/g，在1.0mol/LH2SO4水溶液中测得其容量为104F/g（77F/cm3）虽然碳气凝胶是一种很好的电极材料，但由于其制备繁琐费时，价格较高，给其应用带来了一定的困难* 2.3碳纳米管（CNT）碳纳米管做超级电容器电极材料有其优越性：结晶度高、导电性好、比表面积大、微孔集中在一定范围内。碳纳米管的孔结构主要由相互缠绕的管间表面空形成，碳纳米管的空隙是相互连通的，因此也就不存在所谓的“死孔”，所有的孔都是对外开放的。
同时由于其孔是由管间空隙形成，孔径在2~50mn之间，全部属于中孔范围，所以碳纳米管在作为双电层电容器的电极时，具有很高的比表面积利用率。对于活性炭等电极材料来说，其微孔面积随热处理温度的升高而呈线性下降，因此在制备碳与粘结剂的复合电极时，其碳化温度和时间都受到一定限制。但是在制备碳纳米管时，中孔面积几乎不随温度升高而改变，和碳纤维一样，通过化学处理，碳纳米管表面可以吸附上丰富的官能团，其电容量可提高30%以上t61.由于碳纳米管有较大的比表面积和丰富的表面官能团，因而它有较好的吸附性能，适合与其他材料组成复合电极。E.Frackowiak等用多种方法对多层碳纳米管进行改善，一种是通过在多层碳纳米管上被覆导电聚合物（如PPy），其电容童从50上升到180F/g，循环次数超过2000次。另外用K0H对多层碳纳米管进行化学活化也表现出很好的效果，其比电容从上升到90F/g*为提高碳材料的表面利用率和改菩其导电性能，有必要作改性处理，改性的方法通常有两种，即热处理和化学处理，以改变碳材料的物化特性，如：表面形态、孔径分布、电导率、润湿性等。表1是一些常见碳材料的改性工艺。
表1碳材料改性方法及结果方法结果液相氧化（如稀硝酸）增加表面积、空*率和表面官能团浓度气相氧化（如氧气）增加表面积、空*率和表面官能团浓度等离子处理增加表面枳。空《率和表面官能团浓度，提高润a率，降低内阻，增a反应催化法性惰性气体中降低表面积、空*率和表面官能团浓度，提热处理高密度，结构更加石。1、化表面沉积（如纳米RuOO提高润a芈，降低内阻，增任反应催化活性3金属氧化物电极金属氧化物作为超级电容器电极材料的研究是由Conway在丨975年研究法拉第准电容储能原理开始的。这类电极材料组成的电容器主要是通过在电极表面或体相中的二维或准二维空间发生高可逆的氧化还原反应产生的法拉第准电容来实现能盘存储的，其电容fi远大于活性炭材料的双电层电容，有着潜在的研究前景。近年来金属氧化物电极材料的研究工作主要围绕以下几个方面进行：（1）制备高比表面积的112活性物质：（2）11112与其他金属氧化物复合：（3）开发其他新材料。
3.1篼比表面超细微Ru02电极材料超细微Ru02电极活性物质以其优异的催化活性在卤碱工业中的应用己为人们所知，但作为超级电容器电极材料仅仅是近年来的事。Ru02电极的导电性比碳电极好，电导率比碳大两个数量级，在H2S04电解液中的稳定性高，可获得较高的比能量，目前的研究工作主要集中在进一步提高其比表面积及利用率上。
本文关键字：超级电容器 应用案例，变频技术 - 应用案例
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