中国粉体网讯 超级电容器又称为超大容量电容器、电化学电容器、双电层电容器、金电容、储能电容或法拉电容，是20世纪七八十年代发展起来的一种兼具静电电容器和二次电池这两种储能装置的优点的新型储能装置，具有高功率密度、大电流充放电和长的循环寿命等特点，广泛应用于工业、电信、医疗设备、军事装备、运输等领域。
不同储能器件的大致性能范围图
超级电容器的内部结构与电池十分相似，主要由极片、集流体、隔膜、电解液、引线、外壳等部分构成。在超级电容器自身发展过程中，低的能量密度和过高的价格限制了其快速发展，而电极材料的性能及成本是决定电容器能量密度和性价比的关键。
超级电容器炭电极材料
超级电容器所用电极材料有导电聚合物电极材料、金属氧化物电极材料、炭基电极材料等。其中，研究最早技术最成熟的是炭材料，其研究是从1957年Beck发表的相关专利开始的。炭材料之所以成为制备超级电容器电极的首选材料，是因为它们通常具有以下特点：
（1）比表面积大、孔隙结构发达且开口气孔率高，能吸附大量电解质溶液；
（2）在各种酸、碱溶液中的化学稳定性高；
（3）在很宽的温度范围内性能稳定；
（4）易加工成各种形状的电极；
（5）价格低廉、来源丰富；
（6）不含有重金属，对环境无污染。
超级电容器用炭材料分类
目前，用于超级电容器的炭材料主要有炭粉末、炭纤维、炭气凝胶、炭纳米管等。
（1）活性炭
活性炭由于其高表面积和相对低的成本，是最广泛使用的超级电容器电极活性材料。制备活性炭的原料来源丰富，煤、木材、坚果壳、树脂等都可用来制备活性炭。从理论上讲，活性炭的比表面积越大，其比电容就越大，但实际情况比较复杂。
（2）活性炭纤维
活性炭纤维（Active Carbon Fiber，ACF）是性能优于一般活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。ACF的制备一般是将有机前驱体纤维在低温（200～400℃）下进行稳定化处理，随后进行炭化活化（700～1000℃）。用作ACF前驱体的有机纤维主要有纤维素基、聚丙烯腈基、沥青基、酚醛基、聚乙烯醇等。商业化的主要是前4种。
（3）炭气凝胶
炭气凝胶（Carbon Aerogels）是一种新型轻质纳米级多孔性非晶炭素材料，其孔隙率高达80%～98%，典型孔隙尺寸<50nm，网络胶体颗粒尺寸3.0～20nm，比表面积达600～1000m2/g，密度为0.05～0.80g/cm3，导电性比活性炭要高1～2个数量级，是一种有应用前景的电极材料。
（4）碳纳米管
碳纳米管（CNTs）和碳纳米纤维一般通过某些烃的催化分解制备。通过操纵不同的结晶秩序参数可能制备出不同微观结构的纳米碳管材料。通过改变参数，可以制备出单壁纳米碳管（SWCNTs）和多壁纳米碳管（MWCNTs）。作为一种新型的纳米材料，碳纳米管由于具有独特的中空结构和纳米尺寸，还因其巨大的比表面积和良好的导电性，被认为是理想的超级电容器电极材料。
（5）石墨烯
石墨烯是碳原子都是SP2杂化的炭材料，在结构上是只有一个原子层厚度的二维结构，形成多环芳烃蜂巢晶格结构。上下表面形成电子云，所以导电性能极佳。理想的单层石墨烯具有超大的比表面积（2630m2/g），厚度仅为0.35nm，具有良好的电学、力学、光学和热学性质，是很有潜力的储能材料，适用于高性能储能体系。
超级电容器关键炭材料的技术攻关
在制备电极所用的原材料中，炭材料具有良好的导电性、化学惰性以及比表面积易于控制等优点，是其它材料不可替代的。但是炭材料作为超级电容器电极材料有一定的缺点：制备工艺条件苛刻、产率低、成本高等需要得到进一步改进；多孔炭材料的体积比容量和稳定性有待提高；需要改善材料的自身结构降低炭电极材料的内阻。如何获得低成本、高性能的炭电极材料依然是研究的重中之重。
2019年6月4-5日，由中国粉体网，江苏省纳米技术产业创新中心联合主办的“2019第二届低维碳纳米材料制备及应用技术高峰论坛”将在苏州举办，届时中国科学院山西煤炭化学研究所陈成猛研究员将作《超级电容器关键炭材料的技术攻关》报告。
陈成猛个人简介
陈成猛，博士，研究员，中科院山西煤化所709课题组长，中科院炭材料重点实验室副主任，山西省石墨烯技术工程研究中心副主任。兼任中国颗粒学会青年理事、中科院青促会会员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟理事、IEC/TC113和SAC/TC279标委会专家等职务。2006年本科毕业于中国矿业大学，2012年于中科院煤化所获博士学位，2010-2011年在德国马普学会FritzHaber研究所学习。主要从事先进炭材料与器件研究工作，主持项目20余项，发表论文110余篇，他引4000余次，h因子31，授权专利18项，出版英文专著1部，主持制定国际和国家标准7项。荣获山西省自然科学一等奖、天津市自然科学一等奖、中国产学研合作创新成果一等奖、侯德榜化工科技青年奖、中国颗粒学会青年颗粒学奖，入选《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”、中科院北京分院“启明星”优秀人才等称号。
参考资料：
杨常玲.超级电容器炭基电极材料制备及其电容性能研究
马俐.电容炭的制备与性能研究
王新宇.超级电容器用新型电极材料的研究
（中国粉体网编辑整理/三昧）
