2.5.1扫描电镜分析（SEM） 14

2.5.2X射线衍射分析（XRD） 14

2.5.3电化学测试 14

第三章结果与讨论 16

3.1XRD射线衍射分析（XRD） 16

3.2扫描电镜分析 17

3.3电化学分析 20

3.3.1循环伏安曲线（CV） 21

3.3.2恒电流充放电曲线（GCD） 23

3.3.3电化学阻抗测试(EIS) 25

结论 27

致谢 28

参考文献 29

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1背景

当前，我们地球正面临着巨大的能源挑战。旧能源，如石油、煤等由于人类的过度开采，已经日渐短缺，同时，在旧能源的使用过程中所带来的环境污染也愈加恶劣，全球变暖以及自然灾害等一系列全球问题迫在眉睫[1]。近几年来，国家尝试在风能、潮汐能、太阳能等新型可再生能源上进行开发研究，但是这些能源由于可利用率低、成本高，不能顺应社会发展的真正趋势。如何减少二氧化碳的排放并降低化石燃料的消耗？如何将可持续能源接入到混合能源体系中？这一系列问题已经成为了现代科学家研究的热点。科学家已经成功在燃料电池和化学电池领域进行了研究开发[2]，并且在市场投入使用，但是本身的使用寿命局限以及所带来的环境污染不容忽视，不能完全代替旧能源成为主流。超级电容器以其优异的特性可以弥补不足，而且相对于传统电池具有更加广泛的应用。因此，世界各个国家都积极参与了超级电容器的研发与设计，以美国、日本和俄罗斯等为代表的发达国家不仅在该领域投入大量的人力资源和物力资源，还专门设立国家研发机构，把超级电容开发项目作为国家发展的基础[3]。超级电容器对我国的发展也十分积极地作用，首先，加速超级电容研发使用，可以减少石油的消耗，减少二氧化碳的排放，改善环境；其次，能够在世界范围内缓解石油不足危机，有利于国家能源的可持续发展。

1.1.2超级电容器概述

(1)超级电容器结构超级电容器的结构主要由电极材料、隔膜、集流体、电解质及封装材料等部分构成超级电容器中最重要的组成是电极。通常的，电极由集流体、活性材料、导电剂和粘结剂组成[4-5]。在某些情况下，添加剂也用来增加寿命。电极是电荷储存的载体，它的性能直接影响超级电容的电荷储存量。由于超级电容中的活性物质，例如活性炭，并不是导电性很好的材料，为了提高电极的导电性，在1972年，Zykov[6]等人建议向含有活性炭的聚合浆料中添加炭黑以改善电极的导电性：这个专利是现存所有使用涂覆和挤压技术专利的基础。炭黑由于其颗粒较小、导电性能优异、表面积大的优势，不仅可以增加导电性，还可以起到吸液保液的作用。粘结剂必须结合两个能力：在颗粒之间形成内聚力和使电极粘附在集流体上[7]。目前最主要的粘结剂包括聚四氟乙稀、聚乙稀醇等[8]。集流体起着承载电极材料并且收集电极材料上吸收或放出的电子的作用。水系介质中工作的集流体最常用的材料是镍箔和不锈钢材料，在有机电解液中工作的集流体材料通常是铝。

电解质可以分为固体电解质和液体电解质（电解液）两种，液体电解液又可以分为水系电解液和非水系电解液[9]。水系电解液具有成本低、安全性高、易于操作等优点，非水系电解液具有高的电化学稳定性，因此，非水系电解液可以实现高电压的要求。超级电容器两端的电压决定了电容的储能量，这个电压通常受限于整个系统的电化学稳定窗口[10]。对于一个固-液系统，这个参数不仅受限于盐和溶剂的电化学稳定性，也受限于电机的劣化。因为储能原理中所决定，电解液强烈影响了超级电容的性能。电解液可以改善ESR和电容值，且在老化过程中有气体产生。通常地，在电极保持稳定的情况下，电解液就是超级电容器的最大限制因素。电解液的关键参数是导电性、电化学稳定性（即老化性能）、热稳定行性和安全性（即毒性）[11]。