超级电容器因其兼具电池高能量密度和传统电容器高功率密度两方面的优势,近年来被广泛研究。而电极材料决定了对超级电容器的主要性能,对于电极材料的设计来说,电子导电率和离子导电率是两个重点考量的因素。其中高的电子导电率使得电子能够快速地迁移到材料内部的微孔表面从而建立双电层进行储能;而高的离子导电率不仅能使电解质离子在电极材料内部快速通畅地传输,还能增加内部微孔表面积的利用率。已有的研究已经证实,碳基电容器电极材料可通过增加内部碳微观结构有序度实现高的电子导电率;同时,离子电导率则可以通过设计层次多孔结构来提高。本文通过以上两种方式来分别提升材料的电子导电率和离子导电率,进而探究哪个因素对电容器性能的提升更显著,本文进行了以下工作:(1)为了提高材料电子导电率,我们以磺化沥青(Sulfonated pitch,SP)为前驱体,十六烷基三甲基溴化铵(Hexadecyl trimethyl ammonium Bromide,CTAB)为结构导向剂诱导磺化沥青片层在水溶液中进行组装,在构成球形宏观结构的同时完成内部微观结构的适度取向,然后经过KOH活化形成适度取向的球形多孔炭(CNS3)。内部微观结构有序度的提高使材料具有较高的导电率(62.5 S/m)和优异的电化学性能。在导电剂零添加的情况下,CNS3基超级电容器在有机系电解液中最大比电容能达到176 F/g(电流密度为0.05 A/g),当采用大电流20 A/g时,比容量仍可达到最大电容值的88.1%,且10 A/g电流密度下循环10,000圈容量保持率为86.1%。说明CTAB诱导适度取向得到的多孔炭能提高材料的电子电导率,并促使电化学性能的进一步提升。(2)为了提高离子导电性,本文以磺化沥青为前驱体,聚二烯丙基二甲基氯化铵(Poly dimethyl diallyl ammonium chloride,PDDA)为软模板,并辅以KOH活化,制备了奶酪状的层次多孔炭。该材料同时具有大孔、介孔和微孔,其中大孔和介孔的存在使电解质离子在电极材料内部传输路径变短、迁移路径更通畅,这对取得好的倍率性能很有帮助。将该材料用于超级电容器的组装,在有机系电解液中最大比电容为166.7 F/g(电流密度为0.05 A/g),当采用10 A/g时比容量能达到最大比电容的84.3%。同时电容器具有良好的稳定性,5 A/g下循环10,000圈容量保持率高达94%,其性能远高于直接活化磺化沥青形成的微孔主导的块状活性炭,表明层次多孔结构的构建能有效提高电极材料的电化学性能。通过对上述两种材料电化学储能特性比较可以发现,相比于离子电导,电子导电率的提升对电容器性能的提高具有更为明显的作用。