導電聚合物超級電容器電極材料

北極星儲能網訊:摘要：導電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩)作為超級電容器電極材料的研究引起了人們廣泛的興趣，該類材料製備的超級電容器具有成本低、容量高、充放電時間短、環境友好和安全性高等優點。本文綜述了近年來基於導電聚合物及其與無機材料(碳材料/金屬氧化物材料)複合所得電極材料在超級電容器中的應用進展，指出具有納米結構導電聚合物材料及導電聚合物與無機納米材料的複合是超級電容器電極材料研究的重要發展方向。

塗亮亮，賈春陽

(電子科技大學，電子薄膜與集成器件國家重點實驗室，微電子與固體電子學院，成都610054)

1引言

電化學超級電容器[1，2](electrochemical supercapacitors，ES)也叫超級電容器(supercapacitors)，是介於電池和傳統電容器之間、能快速充放電、基於電極/溶液界面電化學過程的儲能元件。自從1957年Becker[3]申請了第一個超級電容器專利後，便在世界範圍內掀起了超級電容器的研究熱潮，然而直到1978年由Panasonic/Matsushita公司開發的超級電容器產品才在市場上出現[4]。由於具有高的能量密度、較長的循環使用壽命、環境友好和安全性高等優點[5，6]，超級電容器可以廣泛應用於交通、移動通信、信息技術、航空航天和國防科技等領域[7—10]。隨著對超級電容器電極材料和器件結構的深入研究，研究者認識到要提高電容器的綜合性能，關鍵在於尋找合適的電容器電極材料。

目前，超級電容器的電極材料可分為三類：多孔碳材料(活性炭、碳纖維、碳納米管等)，金屬氧化物(RuO2、IrO2等)以及導電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物)(表1)[11]。

多孔碳材料和金屬氧化物作為電容器電極的研究已有較多的報道[12—18]，而導電聚合物作為電容器電極的研究相對起步較晚。由於該類材料具有成本低、比容高、充放電時間短等優點[19，20]，近年來成為超級電容器電極材料研究的熱點。本文對超級電容器的工作原理及近些年導電聚合物在電容器電極材料的研究成果做了簡要總結，闡述了該類材料在超級電容器的應用前景及價值。

2超級電容器儲能機理

超級電容器可以按電極材料進行分類，但是更普遍的是按儲能機理分類。超級電容器按照儲能機理可分為兩類：(1)電化學雙層電容器(圖1)[21]，其能量的儲存主要由離子和電子在電解液和電極表面分離形成雙電層來完成[22]，常用電極材料有多孔碳材料;(2)法拉第准電容電容器(圖2)[21]，其能量的儲存主要是由特定電壓下電極材料的快速法拉第反應來完成[22]，常用電極材料有金屬氧化物和導電聚合物。由於法拉第准電容器是通過法拉第反應和雙電層共同作用達到高儲能特性，因此相比雙電層電容器具有較大的電容量[23]，大容量的電容器更趨於使用法拉第准電容器。目前用於這類超級電容器電極材料的金屬氧化物多為稀有金屬銥和釕，雖然這些材料能提供大容量的電容但卻因資源稀缺而受限。因此以聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物為代表的導電聚合物電極材料越來越多地引起了人們的關注。

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