1.3 电容器电极材料种类

超级电容器的电极材料是影响它的性质的重要关键点。因此，在不污染环境的情况 下，用价格低廉的材料制备复合出新的电极材料是改善超级电容器功能最重要的一步。 制备超级电容器所需电极材料分为以下几类：金属氧化物，碳基材料以及复合材料[9]。

1.3.1 碳基材料

碳材料在如今是以盈利为目的的电容器的运用最广泛的电极材料，碳基材料具有很 多优点，比如：资源丰富、低成本、环保、化学性能牢固非常好以及较宽的工作温度范 围等[10]。碳基超级电容器的反应机理主要是双电层原理。改变它的电化学性能的原因主 要包括比表面积、孔结构、孔径的大小、电导性能和表面功能化。在这些因素中，最重 要的是比表面积和孔径[11]。高比表面积的碳材料大致包括活性碳、碳纳米管、碳纤维以 及最近的研究热点石墨烯。研究报道碳基电极材料的比电容在水中能够达到 75-175 Fg-1，

有机系下能够达到 40-100 Fg-1，但是实际中碳基超级电容器并不可以冲到研究时的理论 值[12]。

1.3.2 金属氧化物

跟传统的碳基超级电容器作对比，金属氧化物可以提供能量密度更好的，而跟导电 高分子作对比，金属氧化物可以提供更加优异以及牢固的电化学性能。在合适的电压范 围内，金属氧化物不仅可以作为碳储层的双电层储能材料，还可以通过法拉第反应进行 储存离子[13]。金属氧化物作为超级电容器的电极材料一般需要满足以下三个特点[14]：（a） 金属氧化物具有电子导电性（b）金属元素包含多种价态，牢固且不发生相变（c）质子 可以自由的进入或脱出金属氧化物的晶格。

金属化合物电极材料研究主要包括氧氧化物、氧化物、氮化物和碳化物，如氧氧化 镍（Ni(OH)2）、氧化镍（NiO）、氧化钌（RuO2）、五氧化二钒（V2O5）、二氧化锰(MnO2)、 氧化钴（Co3O4）、氢氧化钴（Co(OH)2）和碳化钛（TiC）等是常规的电极材料。金属复 合电极材料通常具有较大的比容量，由于它的储能机制主要是通过赝电容电容电容器储 能发生的能够迅速反向进行的反应[15]。

1.3.3 导电聚合物

导电聚合物含有对环境友好、功率密度高、内阻小、价格低廉、导电性好以及其他 优势。它们是非常有潜力的电极材料。常见的导电高分子聚噻吩，聚苯胺，和相应的衍 生聚合物[16]。导电高分子是能够迅速反向进行的 n 型和 p 型元素混杂和混杂在主链中的 反向进行的反应，导致法拉第电容，从而使电能保存[17]。按照不一样的掺杂方式，导电 高分子能够区别为Ⅰ型对称结构、Ⅱ型非对称结构和Ⅲ型聚合物材料。

本文运用了简单水热法制备两种金属氧化物复合的电极材料。最终产物的组成和结

构采用多种不一样的手段进行了表征,包括扫描电镜、X 射线衍射、以及电化学性能的测 试。

1.4 金属氧化物作为电极材料的开发情况

1.4.1 氧化钌

氧化钌是目前探索最多的和最好的贵金属氧化物作为电极材料, 氧化钌材料在 H2SO4 溶液中能够获得的比电容非常高。氧化钌的制备方法有热分解氧化法、溶胶-凝胶 法、循环伏安等方法。虽然氧化钌包含了很多优点，比如比容量高，导电性非常好，然 而它的原理非常贵，所以研发者在不断研究怎样降低贵金属的含量并且找出一种廉价的 替代材料 [18]。论文网

1.4.2 氧化锰

MnO2 因其资源丰富、廉价、环保、结构丰富而被大量的用作电容器电极材料和催 化剂材料。MnO2 作为超级电容器的电极材料是最近几年开始慢慢开发的，它显示出优 异的中性电解质的电容性质，和一个更宽的潜在窗口到上面，因此是一种非常具有潜力 的电极材料。目前，研究人员运用各种方法制备 MnO2 电极材料，使它拥有更好的的电 化学特性[19]。作为超级电容器电极材料的 MnO2 可分为 MnO2 电极材料和 MnO2 薄膜电 极材料两大类。MnO2 电极材料的制备手段不一样能够得到不一样的形貌和结构，这些 不一样的结构与形貌会在超级电容器的电化学性能中产生很大的影响，其电化学性能也 有不一样的区别。