超级电容作为一类新型的高能量、高功率、长循环、快充电、高容量的新型电能存储器件，与常规的锂离子电池相比，更具潜在的应用前景。近年来，由于科技的不断发展，使得超级电容的研究取得了飞速的进展。在现代能源与动力系统中，超级电容在储能、供电均衡、缓冲及应急供电等领域有着重要的应用。在电动汽车，轨道交通，航空航天等方面，超级电容也有着广泛的用途。
1、关于超级电容和电极材料的基本理论
1）电容器是一种无源器件，可以存储电能。它的工作机理是利用两个电极间的绝缘层把电荷存储在一个平板上，施加一个电压，使两个平板上的正、负电荷在平板上聚集，产生一个电场来存储电能。电容器按照其结构和材料的差异，可以分为普通的电解电容器、陶瓷电容器和超级电容器。
2）超级电容是一种可在长时间反复充放电条件下保持高能量密度、高功率密度和高循环稳定性的新型电极材料。这种特性使其适用于对瞬间高能量输出量要求较高的应用领域，例如：车辆制动能量回收，电力系统暂态电源等。
3）虽然与常规的锂离子电池相比，其比容量仍然很小，但是与一般的电容相比，已经有了很大的提高。与常规电容相比，超级电容具有更大的储能优势。
4）超级电容器是一种利用双层效应或赝电容效应来实现高速充放电和高能量密度的特殊类型的电容器。这一特性使其能够在高频率的充放电环境下发挥出卓越的性能。
2、超级电容具有特性
1）点超级电容具有工作温度范围广、低温性能好、安全性高等优点，适合于多种复杂工况。
2）其电容特性在很大程度上决定于其电极材料。按照其所用的电极材质，可将其划分为碳基与金属氧化物两大类。
3）碳基电极是当前应用最为广泛的一种超级电容器之一。其主要成分为活性碳，碳纳米管，石墨烯等。该体系的高比表面积、高导电率，可为其提供更大的储能面积，进而提高其储能性能。
3、另外一种常见的超级电容器之一是金属氧化物类。该体系利用赝电容效应来实现高比电容，从而可以获得更高的能量密度。不过，与碳材料的导电性能相比，这类材料的导电性能要弱上一些，所以在功率密度上或许会有所欠缺；研究表明，电容的表面积与其比表面积密切相关。高的比表面能够为电容材料带来更多的储能中心，进而提高其储能性能。
4、导电性能是影响电容性能的一个重要因素。优异的导电性能使其能够迅速地传输电荷，从而增加了电容的功率密度；为了保证电容的长期使用，对其电极材料提出了更高的要求，要求其在循环后仍能维持良好的工作状态。成本与可得性：从工程角度来看，这两个方面也是一个很重要的问题。
5、一种新的电极材料的制备工艺：作为一种具有较高孔隙率的炭质材料，目前常用的制备工艺有两种：一种是物理激活，另一种是化学激活。采用物理激活法，将炭质原料在温度较高的氮或CO2氛围中进行处理，从而产生多孔结构；而在化学激活上，使用的是碱金属氢化物或磷酸盐等化学物质，使其形成空穴。
1）碳纳米管（CNTs）是一种以石墨烯为基底，通过电弧放电、化学气相沉积和激光蒸发等技术制备的新型碳材料，具有广阔的应用前景。通过以上两种途径，实现对 CNTs尺寸和形态的调控，从而达到对 CNTs材料性能的要求。
2）目前，人们主要采用化学气相沉积、化学氧化还原、物理剥离等技术来制备石墨烯。由于其良好的导电性能和巨大的表面积，石墨烯被认为是一种潜在的高性能电极材料。
3）目前，除活性炭、碳纳米管、石墨烯等常规碳基材料外，还出现了一系列新颖的碳基电极材料，它们对电容性能的提升表现出巨大的潜力。
4）本项目拟采用模板或其它特定的化学手段来构筑具有较大比表面积和合适孔径分布的多孔炭，以提升电容性能。同时，将 N元素掺杂到碳基材料中，调控其导电率及赝电容特性，从而提升其电容性能;在此基础上，将石墨烯与其它纳米或金属氧化物进行复合，利用双层效应和赝电容效应发挥多种不同的特性，从而达到对电容性能的协同提升。
5）本项目拟采用水热和高温高压相结合的方法，合成具有良好孔道结构和粒径分布的金属有机框架（MOFs）。
6）以此为基础，将其溶于水溶液中，经凝胶化、干燥、焙烧等工艺，制备出具有优异性能的金属氧化物。在还原性氛围中，通过对金属有机框架中的一种金属进行还原处理，可以得到一种金属或一种合金材料。
6、钛酸锂（Li2TiO3）因其良好的离子导电性能和较高的可逆电容储存能力而成为潜在的超级电容器电极材料。
1）由于其高比电容、良好的离子传输特性，其在超级电容器中的应用受到了广泛关注；该项目的实施，将为新型高性能、低成本的超级电容器材料的开发和发展奠定基础。随着科技的发展，人们对新的电极材料的制备与应用越来越重视，从而促进了超级电容器的发展。
2）用于超级电容器的新型电极材料；因此，开发具有高容量、高稳定性和高循环稳定性的高性能锂离子电池是当前亟待解决的问题。本项目拟采用碳基材料和金属氧化物材料作为正负极材料，构建一种新型的混合型超级电容器。通过以上研究，评价其电化学性质，探索其应用于超级电容器的可行性。
3）其中，循环伏安法是目前应用最为广泛的一种电化学检测技术。它可以反映出电极材料的储存机理、储存效率和储存能力。在此基础上，对其进行电化学测试，得到其电容性能以及电荷的储存与释放性能。
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