基于碳材料和二氧化錳的復合型超級電容器性能研究

4結果與討論

4.1電極材料的物理性能

圖1(a)和(b)為碳納米管活化前后的掃描電鏡圖，可以看出經過硝酸活化后的碳納米管具有活化前所不具有的短程網絡結構，活化前的長程鏈狀結構被打斷，而且外層管壁較活化前變得粗糙，形成了更好的交織纏繞的結構，從而更有利于電解液離子的吸附與脫附，增加了相應的比表面積[4]。同時酸化的處理過程給碳納米管也接上了豐富的活性官能團，如羥基，羧基及羰基等。這些活性官能團的附著有利于提高碳納米管的導電性。

圖2是活性炭/二氧化錳復合電極的SEM圖。從圖中可以看出，電極具有疏松的表面孔結構，這種特有的結構可以為在電極表面發(fā)生的雙電層反應和法拉第贗電容反應提供良好的環(huán)境。

4.2復合電極的電容特性

圖3是上述復合電極的循環(huán)伏安曲線?？梢钥闯?，復合電極表現(xiàn)出了良好的可逆性，具有明顯的電容特征。比較電極A、B和C可知，隨著碳納米管含量的增加，循環(huán)伏安曲線所包圍的面積逐漸減小，電容量也逐漸減小。這是由于碳納米管雖然是一種高比表面積的材料，但是在雙電層電容中，碳材料主要是通過可逆的吸附電解液離子在電極表面形成的雙電層來完成儲能過程，雙電層的厚度取決于離子半徑和電解液的濃度。而碳納米管的內徑一般在20nm~60nm之間，此范圍內較小的內徑對于電解質離子來說進入困難，所以導致微孔只對材料的比表面積做出了貢獻，并沒有對電容的提高起到應有的效果[5]。而活性炭的孔徑比碳納米管大，有利于電解質離子在其表面的吸附與脫附，從而復合電極隨著活性炭含量的增加，循環(huán)伏安曲線所覆蓋的面積也相應增加。

比較電極C和D可知,當二氧化錳和碳納米管所占質量分數(shù)均為30%時，由活性炭/二氧化錳組成的復合電極的循環(huán)伏安曲線包圍的面積要大于由活性炭/碳納米管組成的復合電極的循環(huán)伏安曲線面積。而且在掃描CV曲線的范圍內沒有出現(xiàn)氧化還原峰，這說明在掃描電位內，氧化還原反應均勻的進行。同時，在活性炭/二氧化錳復合電極上形成的雙電層電容和在電極-電解液界面發(fā)生活性物質的氧化還原反應而產生的法拉第贗電容，兩種電容復合從而提高了電極的比容[6]。