超級電容器碳基電極材料的主要發展趨勢

張 牧 周啟航

（云南師范大學太陽能研究所,云南 昆明 650092）

提高能源利用的效率是當今社會發展的首要要求[1]，高效儲能設備在這樣的大環境下應運而生。超級電容器具有功率密度高、充放電效率高、循環壽命長等優點，有著巨大的應用價值和發展潛力[2-4]。然而目前商業化超級電容器的能量密度較低，碳材料作為廣為應用的電極材料，有效提升其比容量是提高超級電容器能量密度的關鍵。

碳材料具有來源廣泛、綠色環保、導電性好、化學惰性、結構可控以及表面功能多樣化等諸多優點，在儲能領域表現出巨大的應用潛力。同時，碳材料也存在著比容量較低、電極穩定性差、材料易團聚等缺點。碳材料的比容量主要受到其孔徑分布的影響，但同時多孔結構的存在會影響材料的導電性，從而降低其比容量。因此，明確碳材料結構與性能之間的關系并合理進行優化對于制備高性能電極材料十分重要。

1 碳材料結構與性能的關系

1.1 晶體結構

碳材料由六邊形碳環和無定形碳共同組成，碳環彼此連接形成類石墨微晶結構。電子在垂直于碳層方向傳輸不利，而在平行片層方向能夠快速傳輸，石墨片層間距對碳材料的電容性能也存在著一定影響。Oh等（2014）合成氧化石墨烯之后嘗試增加了石墨烯的層間距，通過調節層間距提高了材料的電化學性能[5]。顯然，層間距與電解質水和離子半徑相契合時，對于提升雙電層比容量是有利的。Zhou等（2015）經過拉曼譜圖的比對，闡明了結構缺陷對于功能化碳微球的比容量提高是有利的[6]。……