石墨烯纳米片微结构调控复合及性能研究(2)

菜单

3.3 四氧化三钴/二氧化锰/石墨烯的的电化学分析...18

结论 23

致谢 25

参考文献 26

1．绪论

众所周知，信息、材料和能源被称为新科技革命的三大支柱。而能源则是人类赖以生存和发展的物质基础，是推动国民经济发展的强大动力，能源的充足与否关乎着国民的生计。目前我国的能源面临着许多问题，源利用率低、以煤为主的能源生产结构、人均能源拥有量和储备量低等。开发和利用新能源以及新型能源的存储（如氢的储存、储电等）已然成为人类长期面临的两大困难。而新型能源的储存和运输目前已成为能源领域研究的热点，也是新型能源能否得以广泛应用的瓶颈。

对能源需求的不断增加和日益增长的空气污染以及全球变暖的关注已引起能量存储和替代能源的研究。超级电容器被视为是有希望用于储能的候选，因为它的高功率性能，循环寿命长，以及低成本。超级电容器对于那些需要短时间内提升功率的器件具有非常理想的效果，因此很适合提高超级电容器的能量密度来达到电池的要求，这可以使它们用作主要动力来源。而赝电容材料，如氧化物，氢氧化物，和聚合物正在被探索用于生产高比电容和高能量密度的超级电容器。然而，由于它们依靠法拉第氧化还原反应，而活性物质通常是太绝缘而不能支持高速率下电子的快速传输，因此这种“赝电容器”往往会导致倍率性能和可逆性能的下降[1]。

1．1 超级电容器

超级电容器（又称电化学电容器）是一种功率型的能源储存转换装置[2-3]，其性能位于传统电容器和二次电池之间，且兼具两者的优点，如能量密度高、功率密度高、可快速充放电、循环寿命长，并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性，因此超级电容器具有非常广阔的应用前景。它涉及了材料、能源、化学、物理、电子器件等多个学科，成为交叉学科研究的热点之一。作为一种性能优异、绿色环保的新型储能器件，超级电容器在众多的领域有广泛的应用，包括军工、国防、科技，以及电动汽车、电脑、移动通信等民用领域，因而受到了世界各国，尤其是发达国家的高度重视。近几年来，我国科研人员和国家相关部门也对此极度关注[4]。

1.1.1 超级电容器分类

超级电容器按照其储能机理可以分为两类：法拉第准电容器和双电层电容器。

法拉第准电容器是在电极表面或电极体相中的二维或准二维空间上，电极上的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，产生与电极充放电电位有关的电容。其存储电荷的过程包括：双电层上电荷的存储、电解液中的离子在电极活性物质中发生氧化还原反应而将电荷存储在电极中。其充放电过程是：充电时，电解液中的离子（一般为H+或OH-）在外加电场的作用下由电解质溶液扩散到电极/电解液界面，而后通过界面发生的电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中[5]。

双电层电容器是指在电化学溶液中性质不同的两相之间界面处，产生正电荷与负电荷的分布层，普遍认为在电极/电解液界面处存在着两种作用力：一种是电极与电解液两相中的剩余电荷所引起的静电作用；一种是电极与电解液中各粒子之间的作用[6]。充电的时候，电子通过外加电源作用从正极流向负极，同时，正负离子从溶液体相中分离并分别移动到电极的两个表面，形成双电层。