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超级电容器(又称电化学电容器),是化学电源家族中出现较晚的一位成员,它结合了传统静电容器的高功率和二次电池的高能量的优点,具有比传统电容器更高的比电容,比二次电池更高的比功率。研究表明,高性能的超级电容器取决于高性能的电极材料,电极材料成为目前的研究热点。本文以间苯二酚和甲醛为原料,以碳酸钠为催化剂,用溶胶-凝胶法制备了前驱体有机凝胶,通过高温炭化得到多孔碳气凝胶(CA),并对其进行了硝酸活化处理。在此基础上,制备了聚苯胺/碳气凝胶,聚吡咯/碳气凝胶复合材料,以及含氮官能团的碳气凝胶,并研究了其物理结构及电化学性能。 本文用化学氧化聚合法制备了聚苯胺/碳气凝胶复合电极材料。用扫描电镜(SEM)考察了复合材料的形貌,结果表明:聚苯胺均匀地沉积在碳气凝胶的表面,并堵塞了一些较大的孔洞。利用循环伏安、恒流充放电等测试研究了复合电极的电化学性能,结果表明,复合材料比碳气凝胶具有更好的电化学性能,循环伏安测得的碳气凝胶的比电容为143.8Fg-1,而复合材料的比电容则达到710.7Fg-1。复合材料组装成的扣式电容器在-0.2~0.8V内有良好的循环性能,1000次循环后比电容仍然高于碳气凝胶的比电容。 通过化学氧化聚合的方法制备了不同聚吡咯含量的聚吡咯/碳气凝胶复合电极材料。利用扫描电镜和透射电镜考察了复合材料的形貌,结果表明:聚吡咯均匀包覆在碳气凝胶的表面。循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗测试表明,复合材料具有比碳气凝胶更优异的电化学性能。通过循环伏安测试可以得到:复合材料的比电容要高于碳气凝胶(143.8Fg-1),当聚吡咯的含量为35％时,复合材料的比电容达到433Fg-1。复合材料电容器的比电容在循环初期有一定的衰减,500次循环后比电容基本保持稳定。 分别采用尿素和三聚氰胺对碳气凝胶进行氧化处理,并在氩气保护下,950℃炭化1h,得到了富含氮官能团的碳气凝胶。通过红外、元素分析对样品进行表征,分析其结构。通过循环伏安、恒流充放电和循环寿命测试研究了其电化学性能。结果表明:U-CA和M-CA的循环伏安曲线偏离理想的矩形,出现了宽化的氧化还原峰,其比电容分别达到了212.5和220.2Fg-1。U-CA和M-CA超级电容器具有良好的循环性能,电容器的比电容在循环初期有一定的升高,500次循环后分别稳定在52和58Fg-1左右。