摘要
超级电容器是众所周知的一种新型绿色储能装置，它具有功率密度高、循环寿命长、充放电速度快等众多优点，在电力、铁路、汽车、航空航天、微电网等领域具有极其重要的研究价值，已引起各国研究者的广泛关注。电极材料是超级电容器的核心组成部分，决定电容器的电荷储存能力[1]。镍基化合物因其低廉的价格、丰富的化学价态和优异的本征催化特性而被广泛应用在电化学领域，但其低电导率和传统粘结剂电极的制作模式限制了其性能。本课题拟采用一步水热法在泡沫镍表面生长锰掺杂Co3O4纳米针，并将其作为超级电容器电极材料测试各项电化学性能，归纳总结电极材料和性能的关系，优化实验条件，获得高性能超电材料。
关键词：超级电容器；无粘结剂电极；一步水热法
引言
经济社会的快速发展使得人们对能源的需求也日益增长。随着化石燃料等不可再生能源的不断消耗，经济发展与能源供给之间的矛盾明显加剧。因此，锂离子电池、超级电容器、燃料电池等新型储能器件技术日益受到重视。
超级电容器，又称电化学电容器（Electrochemical Capacitor，EC），是一种性能介于物理电容器和二次电池之间的新型储能。因其具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、绿色环保等特点在移动通讯、电动汽车、轨道交通、国防等领域拥有着广泛的应用[2]。
超级电容器简介
超级电容器主要由集流体、电极、电解质和隔膜等部分组成。
图1 电化学电容器的结构示意图[3]
2.1超级电容器分类及原理
超级电容器根据其储能机理的不同可以分为双电层电容器（Electric double layer capacitor, EDLC）和赝电容器（Pesudocapacitor）[4]。
2.1.1双电层电容器
双电层电容器的正、负电极是通过电极表面与电解液间形成双电层储存能量，电极材料主要是多孔碳。早在1879年，德国科学家Helmhotz便发现并提出了双电层理论[5]，该模型中，在距离电极表面几纳米的位置，聚集与电极电荷等量且电性相反的电解液离子，形成类似平板电容器的双电层。超级电容器的面积来自多孔的碳基电极材料，这种材料的多孔结构允许其面积达到接近 2000 平方米每克。电解液与多孔电极间的界面距离不到 1nm，因此其电容量相对传统电容器来说非常大。随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。由此可以看出，超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此理论上充放电寿命很长。
