江滔

摘要：超级电容器是一种能够快速充放电的新型的储存能量的器件，但有个缺点是能量密度较小。而柔性器件顾名思义，也必须拥有柔性这一品质。本文先从超级电容器着手，介绍了它的几种分类，来分析有比较高能量密度的超级电容器，接着讲述了本次研究内容的应用进展.后又讲了几种制备这种电极材料的方法，最后总结了实际应用中，基于碳纤维基的柔性超级电容器的电极材料的进展。

关键词：碳纤维基;柔性超级电容器;电极材料

一、超级电容器的分类分析

1.按照储能机理分类

按照机理分为两种电容器，一种为双电层的超级电容器，这类电容器在电极材料上面，电极全部使用碳基纤维，不但成本较低，而且产量很高，不会造成浪费，导电能力强，性能稳定，最重要的是环保，因此应用很广泛。另一种则是至少有一极是赝电容储能的电极材料的赝电容器。这类电极材料的电容数量级比较高，比平常的高出一到两级，但因其的循环利用的稳定性能不足，从而没有进一步发展。

2.按照电极的结构类型分类

按照结构类型分为三类超级电容器。第一类是对称型超级电容器，组成的两个电极材料类别，型号以及性能指标都相同。第二类是非对称型超级电容，组成的两个电极材料类别，型号以及性能指标都不同。第三类是能量密度接近于传统电池，电容器的一极是电池型的混合型超级电容器。

3.按照电解溶液分类

按照电解质种的溶液来分，可分为三类电解液式电容器。第一类是将纯净水（蒸馏水）作为溶剂，，利用电解质放入的比例调节电解质的浓度，共分为三种，电解质。即酸性，碱性以及中性。第二类是是将有机电解溶液作为反应溶液的系有机电解溶液超级电容器，此类电容器的成本很高，而且有机电解液本身存在着安全问题。第三类是采用一些碱性物质和盐，让其混合凝聚成固态，系全固态超级电容器。

二、碳纤维基柔性电极材料的进展

1.碳基柔性电极材料的特点

在电极部分全部使用碳基的电极材料的双电层电容器中碳材料的优点是电容值随着表面积的增长而增长。柔性电极材料可以克服活性物质材料因脱离集流体，不能使电极材料固定在集流体上的缺点，与此同时柔性材料也可以不需采用金属集流体。柔性电极材料也避免了一些例如粘结剂带来的负面影响，也可进一步提高超级电容器的性能。因此，将碳基与柔性电极材料结合起来，进一步电子器件研究的进展。

2.碳基柔性电极材料的应用

自超级电容迅速发展后，超级电容器一大重要应用是充电式电动公交车，这则是利用了超级电容器快速充放电的机理和储能的机理。还有一个重要的应用是无轨电车，电车中加入AC混合型超级电容器。由于碳基材料容易购买到，制备操作过程简单，能量密度大等优点，如果能与柔性超级电容器结合起来，并且迅速发展起来，将对社会有很大的应用意义。

三、制备电极材料的方法

1.涂覆法

制备过程是将活性物质均匀搅拌后用毛刷涂覆在碳纤维基底上，过程简单易实现，基底不需要制备成柔性降低制备成本可规模化生产，但这种方法明显的不足就是活性物质易脱落，降低电极材料的循环稳定性。

2.浸渍法

浸渍法是在溶液中实现的一种方法，首先把活性物质的载体加入溶液中进行搅拌溶解，其次将碳纤维基底放入油活性物质的溶液中浸泡一定时间，具体时间以使碳纤维底含有活性物质即可，从溶液中取出基底，然后利用干燥，锻烧等手段处理后得到的电极材料为高度分散的载体电极材料优点为制备过程简捷，也可规模化生产，缺点是浸透不均匀也易脱落。浸渍法只能合成单一的使用面较窄的导电类活性物质。

3.化学气相沉积法

化学气相沉积技术是一种常见的化工技术，可以制备无机膜等材料，在制备电极材料时，使用此方法催化或储备能源，在碳纤维的基底上实现活性物质的沉积，在高温假加热的情况下，汽化成粉尘就会得到复合纤维电极材料。优点是沉淀均匀，且具有良好的性能，缺点是制备过程复杂，制成的产物要求较高，生产成本高，却生产的量很少，商业划不好实现。

4.溶剂热法

溶剂热法是在溶器中加入反应物和溶剂，搅拌后就会形成均匀的溶液，然后把溶液倒入反应瓶中，经过时间、高温、密封、高压反应后，将物质结晶。而溶剂热法中最常见的就是水热法，这种方法的优点是基底得到的物质性能好且均匀。造出的超级电容器性能较高，可以满足市场需求，但不足是商业化不好实现，成本要求高却产量很低，所以这种方法研究材料时常用于实验室研究。

5.电化学沉积法

电化学沉积法在工业上应用广泛，是一门成熟的技术，利用此方法可以制备各种用于催化或能源储备的材料，制备过程中使用电化学法沉积出电极材料，基底得到的活性物质分布均匀，性能高，成本低，容易实现。

6.真空抽滤法

真空抽滤法是用抽气泵抽出附在基底或填充在其底间空隙中的薄膜的方法。影响电容材料的重要因素就是基底分布活性物质的均匀性，此方法的优点是基底不需要制备成柔性、降低制备成本，但操作难度比涂覆法难度大，但基底的活性物质却不易脱落.缺点是分布在基度的活性物质不均匀，不可规模化生产，生产的量也较少

7.静电喷涂法

静电喷涂法是将活性物质在静电作用下喷涂在碳纤维的基底的表面上，操作过程简单，直接生成膜但是喷涂不均匀会使基底上的话性物质不均习分布，也不稳定.易脱落。同时也可以直接制備，不需要成服。

8.湿法纺丝法

湿法纺丝简称湿纺，将纺丝原液凝固成细流形成初生纤维，再进行卷装的方法。用湿法纺丝法制备出来的纤维可以拉伸较长且柔韧性也非常好，这些纤维也可以编制和打结。该法的优点可以将浆料直接纺成丝史店及柔性化制备过程中，操作也很简单，生产成本不高，可规模化生产，但不能同时制备多根纤维，而且纤维的强度很低。

9.静电纺丝法

静电纺丝法是在注射器中加入聚合物溶液，在加入强电场后，注射器的针头部位出现圆锥形的液滴，将液滴拉伸得到纤维细丝，将这些纤维细丝粘覆在铝箔或锡箔或者接收器中。一般制成的纤维的直径为十微米，但通过这种方法制成的直径可以达到纳米级，所以使用这种技术制备出身纤维，这种方法可以直接制成膜，也可以用碳处理后直接用作柔性电极。从而用碳纤维基底制备出具有柔性性能的超级电容器的电极材料。

四、结论

目前，随着电子产品市场需求的增长，超级电容器是一种能够快速充放电的新型的储存能量的器件，但本身却独有一点不足就是能量密度较小。而柔性器件顾名思义，也必须拥有柔性这一特殊的品质。本文先从超级电容器着手，介绍了按照储能机理，电极的结构类型以及电解溶液分类，来分析有比较高能量密度的超级电容器，接着讲述了本次研究内容的应用与进展后又讲了涂覆法，浸渍法等九种制备这种电极材料的方法，最后总结了在实际应用中，基于碳纤维基的柔性超级电容器的电极材料的进展。