电化学超级电容器电极材料研究进展

刘云鹏, 李 乐, 韩颖慧, 吴天昊, 李昕烨

(1.华北电力大学 电气与电子工程学院，河北 保定 071003; 2.华北电力大学 数理学院，河北 保定 071003)

电化学超级电容器电极材料研究进展

刘云鹏1, 李 乐1, 韩颖慧2, 吴天昊1, 李昕烨1

(1.华北电力大学 电气与电子工程学院，河北 保定 071003; 2.华北电力大学 数理学院，河北 保定 071003)

超级电容器是一种功率密度大、循环寿命长的新型储能装置，在微电网和新能源汽车中起重要作用。然而其能量密度低、成本高等缺点限制了其大规模应用。从超级电容器基本原理入手，综述了双电层材料、赝电容材料和复合材料的研究现状，对目前存在的主要问题进行了总结和对未来的发展进行了展望。

超级电容器；电极材料；金属氧化物；导电聚合物；复合电极

0 引 言

储能技术与微电网技术相成相生，是未来能源互联网及智能配用电系统的重要组成部分，对推动节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义[1]。超级电容储能系统具有功率密度大、循环寿命长、效率高和稳定性好等特点[2]，非常适合短时间高功率输出场合。含超级电容的混合储能系统在提高含风电电力系统运行稳定性、改善电能质量、平抑功率波动及提高风电系统低电压穿越能力等方面发挥着重要作用[3]。同时，其在新能源汽车的能量回收、电机启动和辅助电源方面发展前景广阔[4]。

超级电容器的性能与电极材料、电解液及使用的隔膜有关，而电极材料却是最主要的因素[5]。目前，高性能电极材料已经成为电化学超级电容器储能领域的研究热点。中国中车株机公司研发了应用于超级电容单体的石墨烯/活性炭复合电极材料，其在能量密度提高的同时，取得了12 000F的单体最高电容量。中科院硅酸盐研究所制备了经过氮掺杂的碳纳米管材料，将超级电容器能量密度提升到41 W·h/kg[6]，成为国内科研的标杆。尽管超级电容器的电极材料的发展取得了较大的进步，但迄今为止尚未取得根本性的突破[7]。

本文从超级电容器的分类及原理出发，就前人对超级电容器不同类型电极材料进行的研究进行了总结。进而分析了电极材料尚待研究的领域和发展趋势，为进一步开展超级电容器电极材料的研发提供了一些借鉴。

1 电化学超级电容器的分类及原理概述

根据不同的储能原理，电化学超级电容器可被分为双电层电容器(Electrical Double Layer capacitor, EDLC)和赝电容器(Psudocapacitor)[8]。双电层电容的原理是：电极加压后，在静电引力的作用下[9]，等量而符号相反的电子和离子在电极-电解液界面聚集而形成紧密双电层结构。充电时，电解液中阴、阳离子分别向正、负极快速聚集，能量以电场能形式在双电层中储存。放电时，电极上发生电荷迁移而在外电路形成电流，电场能转化为电能。图1为双电层结构与充放电时的电势分布。

图1 双电层结构与充电/静置时电势分布[10]Fig.1 Structure of electric double layer and potential distribution of charge and no-charge[10]

赝电容器的原理是通过电极发生高度可逆的吸附/脱附或氧化还原反应等法拉第过程，使电极接受电荷的程度dq与电势变化dφ的比值呈现电容关系[10]，即

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此外，还可分别采用双电层电极和赝电容电极构成混合型超级电容器，其原理和上述两种超级电容器相同，但可以取得更大的能量密度[11]。

2 双电层电容材料

2.1 多孔活性炭[16]

多孔活性炭是将富碳可再生资源(如木材、甘蔗、小麦等)进行碳化处理后得到的，其具有来源丰富和成本低廉的特点。同时，其高比表面积和发达的孔径结构决定了它适用于双电层结构中电荷的传递[12]。多孔活性炭经过物理或化学活化后才能获得丰富的孔隙结构。物理活化是在高温氧化环境中完成，而化学活化则通常需要将无定型碳与酸、碱或者氯化物等化学物质混合来形成多孔结构[13]。

Isil等[14]首先将废弃茶叶渣研磨并筛选出直径500 μm以下的粉末，然后与K2CO3混合并进行预热，最后在800 ℃氮气环境中高温处理一小时。合成的活性炭电极材在电流密度为1.5 mA/cm2时，其比电容值可达203 F/g。同时，经过400次循环测试后电容剩余94%。Li等[15]将白蜡树枯叶焦化处理后，与K2CO3和KOH混合溶液在700 ℃下共热一小时，制成的电极材料在5 A/g的电流密度下，比电容可达到310 F/g，经过2 000次循环后，库伦效率仍然大于80%。值得注意的是，该电极材料在1.08 kW/kg的功率密度下获得33.9 W·h/kg的能量密度，这一指标已经优于传统铅蓄电池。Qu等[17]利用废弃玉米梗制备出比表面积为1 210 m2/g的活性炭电极材料，该材料在6M KOH电解液中表现出314 F/g的比电容。Liu等[18]以间苯二酸为前驱体，合成了一种掺杂了锌的多孔碳电极，其BET比表面积在767～1 255 m2/g之间。在1 A/g的电流密度下，比电容可达到225 F/g。

目前，多孔活性炭电极材料普遍可以做到1 000～2 000 m2/g，有些甚至达到3 000 m2/g[13]以上。然而，孔径分布不均和比表面积利用低下等问题成为其进一步发展的限制条件[19]。碳纳米管和石墨烯等材料凭借孔结构高度有序和孔径可调逐渐得到研究人员的广泛关注。

2.2 碳纳米管

碳纳米管是20世纪90年代初发现的一种纳米级结构碳材料[20]，通常通过对某些碳氢化合物的催化分解得到。碳纳米管可被分为单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)，通过控制合成时结晶顺序来获得不同的纳米结构[13]。碳纳米管具有化学稳定性好、电导率高和密度低等优点，不仅可以利用其高比表面积形成双电层电容，而且可以在杂化链上接上能发生法拉第反应的官能团利用赝电容原理储能[21]。

Trigueiro[22]等用多壁碳纳米管与还原态氧化石墨烯合成了柔性超级电容器电极，还原态石墨烯的加入，使电导率平均值降至20 S/cm。同时，该电极在电流密度0.2 A/g的条件下取得了153.7 F/g的比电容，并且在2 000次循环后剩余88%的电容量。Yang等[23]先将聚合物纳米管进行硫化处理，再经CO2活化后得到竹节形碳纳米管，在1 A/g的电流密度下，其比电容比未经过硫化的无定型碳提高了一倍，达259 F/g。该合成方法因步骤简单、成本低而具有较好的应用前景。Zhao等[24]通过催化化学气相沉积法(CVD)在铝箔片中成功生长了碳纳米管，将原生碳纳米管的厚度从20 μm提高到80 μm，同时其比电容也达到了80 F/g。Youn等[25]用高锰酸钾腐蚀外壁合成了多壁碳纳米管，其在极性溶液中具有良好的稳定性，在1 M H2SO4电解液中比电容可达133 F/g，因而是无粘合剂电极的优秀选择。

碳纳米管电极的比电容很大程度受制于其纯度和材料的形状，很多的研究集中在调节纳米管之间的距离来获得规则的排序[13]。相比于活性炭，碳纳米管的比表面积较小且比容量偏低，将碳纳米管直接用作超级电容器电极材料难以利用其纳米尺度网络结构的优势，将纳米管与石墨烯[22]、金属氧化物或导电聚合物复合[26]是目前研究的热点。下文会对碳纳米管复合电极材料进行综述。

2.3 石墨烯

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化构成的单层片状结构碳材料[27]，其具有比表面积大、柔韧性好、电位窗口宽、电导率低和稳定性好等特点[13]，自身可作为双电层超级电容器电极材料。根据工艺的不同，石墨烯在制备过程中会产生一系列派生物[28](如氧化石墨烯和还原氧化石墨烯等)。还原氧化石墨烯(rGO)因其石墨烯结构中含有含氧官能团，既能通过双电层原理获得较大的比电容，又能通过含氧官能团的赝电容反应进一步增大比电容。rGO可以通过水热法对氧化石墨烯进行还原得到[28]，而水热时间的长短则决定了其电导率和循环性能。图2为石墨烯的化学制备方法图解。

图2 化学方法制备石墨烯流程图[28]Fig.2 Illustration of the chemical route to the chemically derived graphene[28]

Yang等[28]将水热法反应时间控制在两小时，得到了224 F/g(1 mol/L H2SO4)和231 F/g(6 mol/L KOH)的高比电容。Tang等[29]先通过Hummers法制备了氧化石墨烯，将氧化石墨烯水溶液与聚苯乙烯进行超声混合处理，再将泡沫镍薄片浸没后进行超声波破碎，最后在维C溶液中还原5小时，得到的rGO电极在1A/g的电流密度下比电容达到152 F/g，经过2 000次循环后仅有7%的电容损失。

此外，对石墨烯进行氟化处理，也有利于增强电极材料的物理化学特性。氟化石墨烯的制备方法通常有水热法、光催化法以及电化学法等。Feng等[30]用氢氟酸作为氟源一步水热法制得了氟化石墨烯水凝胶(FGHs)，由其制成的自支撑电极在1 A/g的电流密度下可达227 F/g的比电容，这一成绩优于同样经水热法制备的rGO电极。同时，经过2 000次循环测试后，其电容量剩余95.1%。除了水热法，电化学剥离法也是一种经济、高效的石墨烯合成方法。离子液体或水性溶液(酸、硫酸盐等)可以作为电解液。在表面活性剂存在的条件下，Hamra等[31]使用硝酸作为氧化剂，对石墨棒进行了电化学剥离。结果显示，经直接真空过滤后的石墨烯电极在1 000次循环后仍剩余94%的电容量。

目前，双电层石墨烯电极材料的研究在避免制备过程中发生堆叠、实现高孔隙率和低离子迁移率等方面取得了一定进步[32]。然而，单纯石墨烯的理论比电容仅为329 F/g[33]，虽然制备过程中产生的含氧官能团可以产生部分赝电容，但也难以满足高比电容的需求。将石墨烯与赝电容材料进行复合、对官能团进行改性是目前石墨烯电极研发的热点。

3 赝电容材料

3.1 金属氧化物/金属氢氧化物

金属氧化物/氢氧化物具有高电导率、高比电容的特点，相同比表面积下，其赝电容是碳基材料双电层电容的10～100倍[34]。目前，金属氧化物/金属氢氧化物材料的研究热点有MnO2[35]、MnOOH[36]、Co3O4[37]、Co(OH)2[38]、NiO[39，40]、Ni(OH)2[41]、MoO2[42]和TiO2[43]等。

MnO2是一种成本低、污染小、电位宽的赝电容材料，其理论比电容为1 370 F/g。然而，MnO2电极材料电导率过低、充放电过程中体积变化过大等因素影响了其进一步应用。目前解决的途径有两条：一是合成纳米结构的氧化锰，用高比表面积和大的孔隙来抵消体积变化的影响[44]；二是通过将纳米结构氧化锰直接生长在导电基底上，从而提高活性材料和集流体之间的物理和电的联系[45]。Lu等[46]利用水热法合成了具有一维多孔结构的超薄MnO2纳米棒，在1A/g的电流密度下，其比电容可达820 F/g，经过5 000次循环后，剩余98.5%的电容，如图3所示。Tian等[47]运用化学浴沉积法制备了三维多孔β-MnO2电极材料，其孔径和厚度分别在500 nm和50 nm范围之内，在1 A/g的电流密度下，最大比电容可达1 517 F/g。MnOOH与三维结构的MnO2相似，Zhang等[36]运用电沉积法将MnOOH生长在碳布基底上，控制沉积时间为120 s，在0.5 M LiNO3电解液中比电容达到330.2 F/g。

图3 二氧化锰纳米棒电化学性能[47]Fig.3 Electrochemical characterization of MnO2 nanorods as supercapacitors material[47]

Co3O4是一种具有尖晶石型结构的P型多孔半导体，其中Co2+位于四面体孔隙中，Co3+位于八面体孔隙中[48]。得益于良好的耐腐性能和高度可逆的氧化还原性，Co3O4成为电极材料研究的热点。Li等[48]使用低温溶液法，经过搅拌、恒温处理、去离子水洗后，制得了Co3O4纳米颗粒电极材料。TEM观察显示，颗粒平均大小在20 nm到30 nm之间，在1 M KOH溶液中，其比表面积测试值为48 F/g。性能提升的原因在于改善了材料的表面形态，并且在实验过程中碳的掺杂提高了电导率。Ambare等[37]通过喷雾热分解法制备了钌掺杂的Co3O4薄膜电极材料，通过控制钌掺杂的比例来改变结晶度和晶体形态。当钌含量达到0.6%时，得到了其在1 M KOH中628.3 F/g的最大比电容。和Co3O4相似，Co(OH)2也有合成成本较低和比电容较大的特点。Tehare等[38]利用喷雾热分解法制得了Cd(CH3COO)2前驱体，再利用电镀将Co(OH)2生长在CdO基片上，合成的电极具有较高的比电容(1 119 F/g)和能量密度(98.83 W·h/kg)。然而，经过1 000次循环后电容量下降一半，这表明Co(OH)2材料赝电容反应的可逆性较弱，采用其作为电极材料时仍需化学稳定性好的框架材料为其提供结构支撑。

NiO是一种空穴型半导体，其晶格缺陷提高了离子电导和电子电导，同时也为二维或准二维电化学反应提高了场所[49]。NiO电极理论比电容可达2 574 F/g[40]，并且具有良好的热稳定性和化学稳定性。Ni(OH)2是NiO放电后的产物，氧化还原反应明确、成本低廉，其理论比电容为2 082 F/g[50]。然而，纳米级Ni(OH)2容易形成团聚，且充放电过程体积膨胀明显，导致其电导率降低，循环寿命差[41]。Yao等[40]利用溶剂热法合成了一种玫瑰花结构的多孔氧化镍纳米片，其形貌如图4所示，由电化学测试结果发现，其在1A/g的电流密度下，比电容可达到1 860 F/g，在20 A/g的电流密度下，仍保持897 F/g，表明该电极具有良好的倍率特性。Kim等[41]将Ni(OH)2生长在SWNT上，取得了1 149 F/g的最大比电容，并且2 000次循环后容量仅损失8%。

图4 玫瑰花结构多孔氧化镍纳米片场发射扫描电镜图[40]Fig.4 FESEM images of the roselike NiO nanosheets[40]

另外，MoO2[42]、TiO2[43]等也都具有比电容高和循环性能好的特点，进一步丰富了赝电容材料的种类。金属氧化物/氢氧化物的主要研究方向在于提高材料比表面积利用率和改善循环性能。同时，探索价格低廉、性能良好的新型金属氧化物/氢氧化物电极材料是实用化的关键。

3.2 导电聚合物

导电聚合物是一类具有高电导率、高电催化活性的电极材料[13]。在充放电过程中，聚合物共轭链上通过快速产生n型或p型掺杂、脱掺杂发生高度可逆的氧化还原反应[51]。导电聚合物材料具有内阻小、可塑性好、成本低等优点，然而由于离子在聚合物电极上扩散速度优先，其循环性能和功率密度弱于双电层电极材料。常见的导电聚合物材料有聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTA)和聚苯胺(PANI)等。理论比电容介于双电层材料和金属氧化物材料之间，如表1所示[52]。

表1 各导电聚合物理论比电容表[52]

Tab.1 Theoretical specific capacitance of different conductingpolymers[52]

聚合物名称摩尔质量/g·mol掺杂度最大工作电压/V理论比电容/F·g-1聚苯胺800 500 7750聚吡咯670 330 8620聚噻吩840 330 8485

PPy的制备分为化学聚合法和电化学聚合法两大类[53]。Ji等[54]通过电化学聚合法合成了聚吡咯纳米管，结果表明该聚吡咯材料在1A/g的电流密度下，比电容为403 F/g。受化学稳定性的影响，聚吡咯通常与碳基材料复合以取得更好的电化学特性[53]。PTA可通过催化法、超声辅助法、模板合成法进行合成[13]。Patil等[55]在室温下使用连续离子层吸附反应法(SILAR)在玻璃基板上制备了PTA薄膜，检测结果显示其最大比电容可达252 F/g，且化学稳定性良好。Amarnath等[56]在盐溶液中合成了一种盐酸掺杂的PANI，该工艺没有使用任何模板或者有机溶剂，其在0.5 A/g的电流密度下可达662 F/g的比电容。然而，由于充放电过程中聚苯胺体积发生变化，导致其1 000次循环后电容损失了约40%。

导电聚合物作为新型的赝电容材料，机遇与挑战并存。改善导电聚合物微观形貌、设计更为合理的材料结构、寻找具有立体结构的导电材料同时降低成本是下一步导电聚合物材料研究的重点。

4 复合电极材料

4.1 碳/金属氧化物复合材料

将碳材料与金属氧化物进行结合，通过将碳材料作为支撑骨架，既充分利用了金属氧化物材料比电容大的优点，又克服了其充放电过程中结构坍塌带来的缺陷，使得电子传递更能进入到电极内部，将能量存储在三维空间中，提升了复合电极材料的比电容和能量密度[57]。

碳纳米管的孔径主要是中孔，孔隙之间互相联通，具有大比表面积的同时亦不存在“死孔”，因而是一种良好的复合电极骨架材料[58]。与碳纳米管配合的金属氧化物通常有NiO、TiO2、MnO2和CuO等[59-64]。Chen等[58]首先将碳纳米管经过聚醚酰亚胺(PEI)功能化处理，再将产物在乙二醇中超声搅拌，最后与乙酰丙铜化镍反应生成氧化镍/功能化纳米材料。制备流程如图5。其合成的复合电极在2A/g的电流密度下最大比电容可达1 754.4 F/g，这一值比纯NiO电极高出近8倍。复合电极2 000次充放电循环后电容损失8%，考虑其比电容值较大，这一表现相当优秀。

图5 氧化镍/功能化纳米材料的合成流程[58]Fig.5 Scheme of synthesis of NiOxNPs[58]

除了碳纳米管，碳纳米纤维也具有低密度、高导电性、高比强度和缺陷数量少的优点[64]，也是一种良好的框架材料。Tang等[65]利用静电纺丝法一步合成了碳纳米纤维/二氧化钛复合电极，通过循环伏安法测得其在1A/g的电流密度下的比电容为151.5 F/g，经过4 000次循环后电容仅损失3%。比电容不理想的原因是复合材料的四方正红石结构的比表面积和总体积的优势不够明显，并且TiO2的赝电容提升作用有限。Moosavifard等[66]通过热处理等方法，将氧化铜纳米棒结构生成在碳纳米纤维表面，其检测结果比文献[65]中有了明显提升，在1 A/g的电流密度下，比表面积最大可达398 F/g。

除此之外，人们也对氧化锌/碳纳米纤维[67]、二氧化锰/碳纳米纤维[68]、二氧化锰/多孔碳[69]等复合电极材料的化学性能进行了深入的探究。如何深入挖掘碳材料表面利用率、如何提高金属氧化物材料赝电容值将是这一类复合材料性能提升的关键。越来越多的研究者开始关注碳骨架材料与双金属氧化物，甚至三金属氧化物的复合，为我们进一步提高比电容值开辟了新的道路。

4.2 碳/导电聚合物复合材料

由于导电聚合物是一类能导电的高分子聚合体，其力学性能较差，容易衰老和脱落，需要依附在一定的骨架上才能发挥其赝电容的优势[70]。而碳材料(如活性炭、碳纳米管、碳气凝胶等)是良好的骨架选择。碳材料与导电聚合物的复合主要分为碳材料与聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)和聚噻吩(PTA)的复合[71]。

Zhitomirshy等[72]研究发现，PPy沉积在碳纳米管上不易脱落，形成的复合材料可以得到较高的比电容。同样是利用聚吡咯产生赝电容，Keskinen等[73]选择了活性炭作为骨架材料，合成了一种循环性能较好(14 300次循环后电容剩余99%)的复合电极材料，比电容器为172 F/g。Shen等[74]将PANI沉积在纳米碳球中，得益于纳米碳球提供的较大的电活性区域和较短的扩散路径，促进了PANI中赝电容反应的高效发生。检测结果显示，该复合电极最大比电容为435 F/g，2 000次循环后电容损失6%。

碳材料与导电聚合物的结合是目前研究的热点，其挑战在于改善导电聚合物在骨架材料中的稳定分布，从而提高比电容和循环性能。同时，寻找新的导电聚合材料、改进制备工艺也是碳/导电聚合物复合电极未来的发展方向。

4.3 石墨烯基复合材料

石墨烯以其高比表面积以及良好的导电性成为了广大双电层电容器最具前景的电极材料之一[75]。而由于在实际制备过程中，石墨烯层间的范德华力会造成石墨烯发生堆叠或官能团相互反应等现象[27]，从而影响原有的比表面积和电导率。因此为了充分发挥石墨烯优异的结构特性和电化学性能，可以采用石墨烯与其他金属氧化物或导电聚合物进行复合，或采用在空间结构之间掺杂别的原子的方法来避免制备过程中发生堆叠现象[28]。

Wei等[76]通过共沉淀法制备了石墨烯/二氧化锰复合电极，该电极经1 000次循环测试后，比电容损失仅为2.3%，不仅大大提升了材料的使用寿命，也提升了超级电容器在实际应用中的稳定性与可靠性。Xu等[77]先通过改性的Hummers法制得了氧化石墨烯，再以Ni∶Co=3∶1的比例高温煅烧除杂后得到NiCo2O4/rGO混合石墨烯基电极材料。经过2 000个周期循环后，材料的比电容损失为9.64%，与此同时，在1 A/g的电流密度下，其比电容可达1 273.1 F/g，是十分理想的。Giardi等[78]将石墨烯与MoO2通过水热法制成复合电极材料，相比于原有的纯石墨烯电极材料，复合材料可有效降低暴露于空气中被氧化的程度，并且导电性大大增强。由于单斜结构的存在，这种新的石墨烯基材料可在450 ℃高温下保持稳定，此外，其在1 A/g的电流密度下，比电容仍能达到381 F/g。

与传统双电层或赝电容器相比，采用石墨烯基电极的混合超级电容器具有更大的比电容。同时，其能量密度和功率密度亦有所提高，化学稳定性和导电性也得到了增强。其主要原因在于双电层和赝电容的协调效应以及复合材料中掺杂的某些金属降低了石墨烯堆叠的程度。

5 展 望

随着微电网的发展和新能源汽车的普及，超级电容器正在迈向大规模发展[21]。市场的需求推动着超级电容器材料，特别是电极材料的进步。为了获得具有大功率密度、高能量密度和长使用寿命的超级电容器产品，电极材料必需具有比表面积大、比电容高、电导率高和稳定性强等特点[13]。

通过对现状的总结，超级电容电极材料分发展趋势有如下三点：第一，混合型超级电容器电极的研发。混合型超级电容器兼具电池和电容的特点，其一极采用电池电极，另一极采用超级电容电极[79]。解决正负极质量匹配[80]以及提高电极循环性能[81]是其发展的关键。目前，锂离子混合型超级电容器能量密度可达227 W·h/kg，将解决超级电容器能量密度低的难题[82-84]。混合型超级电容电极的研发将会是未来新的热点和方向；第二，无粘合剂电极的研发。研究表明，电极材料中不添加有机粘合剂可以为电化学反应中的离子扩散腾出更多的通道[85]，从而提高其电子电导率。主要技术问题为活性物质生长基底的寻找及结合方法[86，87]。无粘合剂电极为提高超级电容整体性能效果明显，也是未来重点关注的方向之一[88-90]；第三，柔性超级电容电极的研发。柔性超级电容因其良好的机械弯曲特性成为未来可穿戴设备电池追逐的热点[91，92]。目前柔性超级电容在能量密度上已取得一系列进展，但离实用仍有一定距离[93-95]。开发新型柔性超级电容电极材料并解决其与全固态电解液匹配的问题是未来该方向研究的关键[96]。此外，以金属有机框架[97-98]和金属硫化物[99-100]等为代表的新型材料从物理结构和反应机理两方面提升了超级电容电极的关键性能，新材料的合成与应用将会进一步促进超级电容电极的发展。采用复合电极的混合型超级电容器目前的能量密度已经超越传统铅酸蓄电池，只有进一步降低成本，才能使其更接近于工程应用。

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Research Progress of Electrode Materials for Electrochemical Supercapacitors

LIU Yunpeng1, LI Le1, HAN Yinghui2, WU Tianhao1, LI Xinye1
(1.School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China; 2.School of Mathematics and Physics, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

Supercapacitor is a new type of energy storage device with large power density and long cycle life, and it plays an important role in micro grid and new energy vehicles. However, disadvantages of low energy density and high cost limit its large-scale application. This paper summarizes research status of double electrode layer, faradaic pseudocapacitance and composite materials on the basis of fundamental principle of supercapacitor and makes conclusion of current problems and proposes an expectation of future development.

supercapacitor; electrode materials; metal oxides; conducting polymers; composite electrode

2016-03-18.

10.3969/j.ISSN.1007-2691.2016.06.13

X511

A

1007-2691(2016)06-0080-11

刘云鹏(1976-)，男，教授，博士生导师,主要从事特高压输电技术、电气设备在线检测、外绝缘和超级电容器储能等方面研究工作;李乐(1993-)，男，硕士研究生， 研究方向为超级电容复合电极材料;韩颖慧(1978-)，女，副教授，研究方向为超级电容储能。