超级电容器电极材料研究进展开题报告

1. 研究目的与意义

随着经济的不断发展，能源短缺已成为人类面临的难题，高效、清洁、可持续能源和先进的能源转换及储存技术成为当今社会的一个重要课题。超级电容器是一种新型功率型储能器件，与传统电池（以间接方式将电能作为潜在的化学能存贮在某种元件中）相比，超级电容器具有功率密度高，充电效率高，使用寿命长等优异特性。超级电容器的制作和组装与电池类似，包括两个集流体（涂覆有活性材料的电极）、电解质溶液和隔膜，以三明治结构组成一个简单的超级电容器。根据超级电容器储存电荷的机理不同，可以分为双电层超级电容器（其储能机理是双电层理论）和法拉第超级电容器（其储能机理是表面吸脱附储能和体相嵌入脱出储能^[1]）。

电极材料是超级电容器关键部件，决定了超级电容器的性能好坏。电极材料的合成和响应机理研究是该领域研究的重点。双电层超级电容器的电极材料主要为碳材料，如碳气凝胶、碳纳米管（cnt）和氮掺杂多孔碳等^[2]，具有自然资源丰富、成本低、加工容易、无毒、比表面积大、电子传导性好、化学稳定性高、工作温度范围宽等优点。法拉第超级电容器又称赝电容器，其电极材料主要为过渡金属化合物和导电聚合物。金属化合物虽能产生较大赝电容，但其相较于碳材料导电性较差。导电聚合物在充放电过程中将对应发生材料的膨胀或者收缩，且基于导电聚合物作为超级电容器电极材料的充放电机理，使得其循环稳定性不是很好^[3]。为了获得电化学性能更优异的电极材料，人们开始致力于复合电极材料的电化学性能研究。

近年来，mofs及其衍生物在锂离子电池、燃料电池、超级电容器等电化学储能领域得到了应用。金属有机骨架（mofs）是由金属离子或离子簇和有机配体组成的一类新的多孔材料，其通过配位键、氢键、金属键或范德华力相互作用连接。与传统的多孔材料相比，mofs具有结构多样、孔径可调、比表面积大、活性位点丰富等优点。mof 的多孔通道与活性位点相结合，使其具有更高的活性位点利用率，传输电解质方面具有很大优势，并且在缓解体积变化等方面也可以得到应用^[4]。但是由于mofs的骨架是柔性的，其导电性一般低于碳基电极材料。因此，研究者们将目光放在制备具有良好稳定性和高导电性的mofs和mof衍生物作为超级电容器的电极。通过对前驱体mofs的选择以及合成方法和条件的筛选，可以实现对衍生材料的结构控制，设计出孔洞网络相互贯通、孔分布合理和表面性能可调的电极材料，缩短离子扩散路径和缓冲复合材料在充放电中的体积变化，从而提高其作为超级电容器电极材料的能量密度、倍率性能和电化学循环稳定性能。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

1.双电层电容器电极材料最新研究发展。

3.mof材料的最新研究发展。

3. 研究的方法与步骤

通过查阅大量相关文献，分析总结超级电容器电极材料各制备方法、性能、应用等。

4. 参考文献

[1]

[1] 赵景泰余丽丽朱俊杰. 超级电容器的现状及发展趋势_余丽丽[j].chinese journal of nature, 2015,37(3):188-196.

5. 计划与进度安排

1.(第一周)：接受任务，查阅文献

2.（第二-四周）：完成开题报告、完成英文文献翻译、为论文做准备。

3.（第五－十三周）：查阅大量文献，完成论文。