5。3  小结 21

结 论 22

致 谢 23

参 考 文 献 24

1  绪论

1。1  超级电容器简介

超级电容器，又被称为电化学电容器，是建立在Helmholz提出的界面双电层理论这一基础上的一种新的电容器[1]，可分为双电层电容器以及法拉第电容器（赝电容器）两类[2]。近年来，随着社会的飞速发展，煤、石油、天然气等不可再生资源日益短缺，同时，这些不可再生能源的消耗也带来了诸多环境污染问题。面对能源的日益枯竭和环境污染的日益严重，一方面，人们不断探索可利用的新能源，与此同时，人们也在不断研究开发新的储能装置，如锂离子电池、太阳能电池等等，它们在实际生产和生活中都被广泛应用，但它们也存在着充电时间较长、功率密度低等问题，而超级电容器功率密度较高、循环寿命长[3,4]，可以较好地弥补电池的这些缺陷。

作为一种不同于传统电容器和电池的新型的储能装置，其功率密度往往要比电池高出许多，故它可以较好的弥补电池功率密度低的不足，同时，其储能量往往也比传统电容器高出许多，因此，它也可以很好地弥补传统电容器储能量小的缺陷[2,5]。就现阶段而言，超级电容器在电动汽车领域应用较多[6]，汽车在日常行驶时使用电池来提供动力，而在加速或爬坡时则由超级电容器来为汽车补充能量，除此之外，它还可以储存汽车制动时产生的能量。论文网

双电层电容器的电极材料主要为碳基材料，这些材料一般导电性较好，孔隙率大，比表面积也较大，如活性炭、石墨烯和碳纳米管等等。法拉第电容的电极材料主要为金属氧化物和导电聚合物。Hu等[7]制备出的三维介孔结构的RuO2纳米管阵列比表面积大，在硫酸溶液中测得比容量高达1300 F/g。但是贵金属价格较贵，而且资源也相对匮乏，所以RuO2的应用就受到了一定限制，于是研究人员就开始致力于寻到新的可以代替RuO2的金属氧化物，如MnO2，NiO，V2O5等等[8~10]。

阳极氧化制备的TiO2纳米管阵列一般都高度有序，比表面积较大，同时还具有独特的电子传输路径以及良好的化学稳定性和机械稳定性，其制备工艺也比较简单。近年来TiO2纳米管阵列在太阳能电池[11,12]、生物医学[13]、光催化[14]以及传感器[15]等诸多领域得到越来越多的应用。

1。2  TiO2纳米管阵列在超级电容器中的应用

1。2。1  TiO2纳米管阵列的制备

就现阶段而言，制备TiO2纳米管阵列主要有以下三种方法：水热法；模板法；阳极氧化法。水热法即在水热釜中，高温高压下经过一系列反应制备纳米TiO2的方法。阳极氧化法是在含氟溶液中，将纯钛作为阳极，金属或惰性电极作为阴极，施加一定电压或一定电流使钛片发生阳极氧化，生成规整有序的TiO2纳米管阵列。

1999年，Zwilling等[16]首次将钛片在含氟溶液中阳极氧化，制备出了多孔氧化钛膜。之后，Grimes等[17]改变了电解液的组成，用氟化钠或氟化氨等含F-的盐代替氢氟酸，在中性条件下制备出均匀的TiO2纳米管阵列。Macak等[18]在氟化氨质量分数为0。5 %的丙三醇溶液中，通过钛片的阳极氧化制得了管壁光滑、长达7 m 的TiO2纳米管。在这之后，Paulose等[19]将钛片在氟化氨质量分数为0。25 %的乙二醇溶液中阳极氧化，制得了更长的 TiO2纳米管，管长达到134 m。

1。2。2  增强TiO2纳米管阵列电极性能的方法