1.引言

能源是人类赖以生存、社会和经济可持续发展的物质基础。随着社会经济的高速发展，人类对能源的需求量日益增大。大量不可再生的化石能源的消耗，造成了严重的能源危机和环境问题，使得人类的生存环境受到了严重的威胁、社会和经济的可持续发展面临严峻的挑战。因此，清洁可再生能源的研究与利用以及相关的存储设备逐渐成为研究人员关注的重点之一。超级电容器作为一类新兴的能量存储器件，由于比容量大、功率密度高、使用寿命长、效率高等特点，在许多领域得到了广泛的应用。开发具有优异性能的超级电容器电极材料成为当今的热点课题之一。

2.超级电容器的研究概况

2.1 超级电容器的分类及工作原理

根据工作原理的不同，超级电容器主要划分成双电层超级电容器（Double Layer Capacitor）、赝电容超级电容器（Pseudo-capacitor）和混合型超级电容器（Hybrid capacitor）等三大类。

双电层电容器通过电极表面和电解液离子之间相互吸附，在界面处形成双电层来储存能量，整个过程不涉及氧化还原反应。其机理一般可以用Helmholtz模型来解释。当电极材料浸入电解液时，带有相反电荷的离子由于静电力的作用会向电极表面迁移，最终在电极至电解液的界面处形成致密的、几个纳米厚度的双电层。充电时，电极表面的极化作用加剧，电解液中更多的正负离子聚集在双电层区域以补偿电极表面的电子；放电时，随着两极板间的电位差降低，界面吸附的正负离子逐渐返回到电解液中，同时电子流入外电路的负载，从而实现能量的存储和释放。其机理如图1（a）所示^[1]。

法拉第赝电容器主要依靠电极材料表面与电解液之间的氧化还原反应来实现能量存储，在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。机理如图1（b）所示。

混合型超级电容器是指由形成双层电容的碳电极与其它碳材料、金属氢氧化物、金属氧化物、导电聚合物或者其他无机化合物等电极材料作为正极构成的超级电容器。目前，在水溶液电解质体系中的混合超级电容器有碳/氧化镍超级电容器。还有在有机电解质体系中处于发展中的碳/碳、碳/二氧化锰等混合超级电容器。