黄 博 孙现众 张 熊 张大成 马衍伟

(中国科学院电工研究所应用超导重点实验室，北京100190)

1 引言

超级电容器(supercapacitors或ultracapacitors)也叫电化学电容器，1−4因其具有适中的能量密度和功率密度、较长的循环寿命、绿色环保等优点，在新能源发电、电动汽车、信息技术、航空航天和国防等领域都有着广阔的应用前景.5−10超级电容器电极材料主要分为碳材料、金属氧化物、导电聚合物等.目前，在很多文献中，超级电容器专指以碳材料为电极材料的电化学双电层电容器，本文亦沿用这一用法.超级电容器靠活性物质与电解液的界面存储电荷，11没有法拉第反应发生，12其存储的能量E=1/2·CU2.由此可知，电容器的能量密度E与比电容C和工作电压U的平方均成正比.4因此可以从提高电极材料比电容和工作电压两方面入手来提高超级电容器的比能量.13超级电容器的比电容往往由电极材料和电解液共同决定，14而电压窗口主要由电解液决定.因此，电解液对超级电容器的比能量有着决定性的作用.

目前所使用的超级电容器电解液有水系电解液、有机电解液和离子液体.水系电解液多为离子导电性较好的硫酸、氢氧化钾等溶液，比电容高但电压窗口窄(只有1 V左右)，比能量较低，因而其产业化受到制约.有机电解液电压窗口较宽(可达2−4 V)，比能量较高，是当今的研究热点.离子液体主要由二(三氟甲基磺酰)亚胺(TFSI−)、BF4−和 PF6−等阴离子与咪唑类、吡咯类及短链脂肪季胺盐类等有机阳离子构成，7它具……