根据电解质划分
超级电容器根据电解质可以分为水系电解质、有机电解质和固体电解质。
水系电解质:水系电解质因为能够和电极微孔充分浸润、导电率很高、价格便宜等优点在超级电容器方面有广泛地应用。水系电解质可以分为酸性电解质、中性电解质和碱性电解质。
在酸性电解质领域内,H2SO4因为效果较好,被广泛引用。中性电解质一般以钾盐、钠盐和锂盐作为代表,腐蚀性特别小,算是一个优点。碱性电解质目前用的最多的是以KOH为代表。当它的浓度能达到6mol/L时,用碳基材料做的电极性能最好。当浓度达到1mol/L时,用金属氧化物做的电极材料性能最好。总的来说,尽管水系电解质应用的非常广泛,但其还是存在一些不足之处。例如其在低温时的性能比较差,分解电压比较低,当电解质为强酸强碱或者某些具有较强腐蚀性的物质会对环境造成污染。这种情况下,高导电率、耐高压的有机电解质的研究引起科研人员的关注。
有机电解质:同水系电解质相比较,有机溶剂替代水的有机电解质有着如下几个优点:首先它的腐蚀性比较弱,其次它的分解电压高,最后它具有较宽的工作温度范围。就现阶段而言,有机电解质在超级电容器领域里应用比较广泛的是乙腈,它具有电化学稳定性比较好,粘度低等优点。
固体电解质:固体电解质因为它具有不流动性,所以在超级电容器的制备和使用中无电解液的渗漏,而且他的工作电位窗口也比较宽,所有对制备轻型并且具有高能量密度的超级电容器很有利。当然,它也有不足之处,比如内阻很大,导电率不高对超级电容器的性能还是有一定影响的。
根据电极材料划分
超级电容器根据电极材料可以分为碳材料、金属氧化物、导电聚合物和复合材料。
碳材料:碳几乎是为双电层超级电容器量身定制的元素,它存在几种我们很熟悉的同素异形体,如石墨、金刚石和富勒烯。无定形碳和石墨材料能够形成具有高比表面积的电极结构,作为支撑的基体。在电化学观点中,虽然碳不是完全惰性和十分完善的,但是它却有潜在电压范围甚至匹及理想极化率,在含水的溶液里可以达到1V,在非水的介质里可以上升达到3。5V。同时,碳材料它的密度低,热膨胀系数很小,耐化学腐蚀的性能好,有很好的导电导热性能,弹性模量比较低,这些优点使得它非常适用于超级电容器的制备。在现在的市场中,超级电容器的主要电极材料还是以碳材料为主的,毕竟它的稳定性比较好,比容量还行。但是,碳材料储能性能不太高,并且不适宜在大电流下工作,这些制约了它的发展,在研究方面,还是希望研究出稳定高效的电极材料来用于超级电容器的制备。
金属氧化物:相比较于碳材料更多的用于制备双电层超级电容器,金属氧化物就更多的应用于法拉第赝电容的制备。根据赝电容的工作原理可以看出,它不仅可以在电极与电解液界面存储,还可以在电极内部存储,这使得它的电容存储量远远高于双电层超级电容器,一般为双电容的10~100倍。这样看来,赝电容的研究价值更加高。从20世纪70年代Conway开始研究赝电容的储能机理到如今,各种金属氧化电极如RuO2、NiO、Mo3O4、MnO2等等都被研究过,其中以RuO2比容量高,电化学性能出色成为金属氧化物的代表。然而二氧化钌因为其价格高和对环境有污染并未在日常生活中普及。Fe、Mn、Ni、Cu等廉价金属成为现在研究的主力。
复合金属氧化物Fe2O3NiO及Fe2O3NiO@RGO材料的制备与其超电性能研究(4):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_101149.html