水电技术|导电聚合物超级电容器电极材料

水电之家讯：导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩)作为超级电容器电极材料的研究引起了人们广泛的兴趣，该类材料制备的超级电容器具有成本低、容量高、充放电时间短、环境友好和安全性高等优点。本文综述了近年来基于导电聚合物及其与无机材料(碳材料/金属氧化物材料)复合所得电极材料在超级电容器中的应用进展，指出具有纳米结构导电聚合物材料及导电聚合物与无机纳米材料的复合是超级电容器电极材料研究的重要发展方向。

涂亮亮，贾春阳

(电子科技大学，电子薄膜与集成器件国家重点实验室，微电子与固体电子学院，成都610054)

1引言

电化学超级电容器[1，2](electrochemical supercapacitors，ES)也叫超级电容器(supercapacitors)，是介于电池和传统电容器之间、能快速充放电、基于电极/溶液界面电化学过程的储能元件。自从1957年Becker[3]申请了第一个超级电容器专利后，便在世界范围内掀起了超级电容器的研究热潮，然而直到1978年由Panasonic/Matsushita公司开发的超级电容器产品才在市场上出现[4]。由于具有高的能量密度、较长的循环使用寿命、环境友好和安全性高等优点[5，6]，超级电容器可以广泛应用于交通、移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等领域[7—10]。随着对超级电容器电极材料和器件结构的深入研究，研究者认识到要提高电容器的综合性能，关键在于寻找合适的电容器电极材料。

目前，超级电容器的电极材料可分为三类：多孔碳材料(活性炭、碳纤维、碳纳米管等)，金属氧化物(RuO2、IrO2等)以及导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物)(表1)[11]。

多孔碳材料和金属氧化物作为电容器电极的研究已有较多的报道[12—18]，而导电聚合物作为电容器电极的研究相对起步较晚。由于该类材料具有成本低、比容高、充放电时间短等优点[19，20]，近年来成为超级电容器电极材料研究的热点。本文对超级电容器的工作原理及近些年导电聚合物在电容器电极材料的研究成果做了简要总结，阐述了该类材料在超级电容器的应用前景及价值。

2超级电容器储能机理

超级电容器可以按电极材料进行分类，但是更普遍的是按储能机理分类。超级电容器按照储能机理可分为两类：(1)电化学双层电容器(图1)[21]，其能量的储存主要由离子和电子在电解液和电极表面分离形成双电层来完成[22]，常用电极材料有多孔碳材料;(2)法拉第准电容电容器(图2)[21]，其能量的储存主要是由特定电压下电极材料的快速法拉第反应来完成[22]，常用电极材料有金属氧化物和导电聚合物。由于法拉第准电容器是通过法拉第反应和双电层共同作用达到高储能特性，因此相比双电层电容器具有较大的电容量[23]，大容量的电容器更趋于使用法拉第准电容器。目前用于这类超级电容器电极材料的金属氧化物多为稀有金属铱和钌，虽然这些材料能提供大容量的电容但却因资源稀缺而受限。因此以聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物为代表的导电聚合物电极材料越来越多地引起了人们的关注。

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