碳納米管碳納米管復(fù)合電容器的研究進(jìn)展

碳納米管碳納米管復(fù)合電容器的研究進(jìn)展

超級(jí)電容器也稱為電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓電壓快、環(huán)境準(zhǔn)備好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)計(jì)將成為本年度的新綠色能源。電極材料是超級(jí)電容器的重要組成部分,是影響超級(jí)電容器電容性能和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素,因此研究開(kāi)發(fā)高性能、低成本的電極材料是超級(jí)電容器研究工作的重要內(nèi)容。目前研究的超級(jí)電容器的電極材料主要有炭材料、金屬氧化物及其水合物電極材料和導(dǎo)電聚合物電極材料[8,9,10,11,12,13,14,15,16,17]。碳納米管(CNT)具有獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、高比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性、適合電解質(zhì)離子遷移的孔隙以及交互纏繞可形成納米尺度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),因此其作為電極材料可以顯著提高超級(jí)電容器的功率特性,被認(rèn)為是理想的超級(jí)電容器電極材料,成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn),并有不少有關(guān)基于CNT的超級(jí)電容器研究的綜述報(bào)道。本文重點(diǎn)對(duì)近幾年來(lái)在開(kāi)發(fā)CNT作超級(jí)電容器的電極材料研究領(lǐng)域中對(duì)CNT的活化和提高CNT的分散性、CNT與過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合材料、CNT與導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料以及CNT與石墨烯復(fù)合材料研究的新進(jìn)展進(jìn)行綜述。1碳納米管用作超級(jí)電容器的電極材料1.1利用mcnt電極材料CNT具有很大的表面積、良好的電導(dǎo)率和高強(qiáng)度的機(jī)械性能。自從1997年Niu等首次提出CNT可用到超級(jí)電容器中,CNT便開(kāi)始成為超級(jí)電容器電極材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來(lái),An等制備的單壁碳納米管(SWCNT)電極比電容已達(dá)到180F/g,功率密度達(dá)到20kW/kg。Du等利用電沉積技術(shù)在鎳箔電極上沉積一層多壁碳納米管(MWCNT)薄膜,由于鎳箔和MWCNT薄膜間的接觸電阻很小,功率密度可以達(dá)到20kW/kg。如果將MWCNT先經(jīng)過(guò)硝酸回流處理,再制得MWCNT/鎳箔電極,功率密度可提高到30kW/kg。Zhao等將羧基化的MWCNT噴射沉積在不銹鋼層上制備MWCNT薄層,這種方法簡(jiǎn)單且易于控制厚度。制備的MWCNT薄層穩(wěn)定性高,100次循環(huán)后依然外觀如新沒(méi)有破損脫落,其制得薄膜材料的比電容可達(dá)155F/g。Yu等將SWCNT薄膜壓到聚二甲基硅氧烷基底上制備出2維正弦曲線狀SWCNT薄膜電極,其比電容可達(dá)到52～54F/g,電極材料在經(jīng)受1000次的充放電后依然保持了良好的電容性能。于洪濤等用熱化學(xué)氣相沉積法在陽(yáng)極氧化鈦片上直接生長(zhǎng)了定向直立碳納米管(ACNT)有序陣列,用交流阻抗和循環(huán)伏安證明其具有良好的電容特性。葉曉燕等在石英玻璃基底上以酞菁裂解法低壓氣相沉積制備大面積管徑均勻、長(zhǎng)度一致的ACNT陣列,測(cè)定其比電容為16～32F/g。Futaba等采用化學(xué)氣相沉積法制備定向直立單壁碳納米管(AlignedSWCNT)有序陣列,然后利用浸潤(rùn)ACNT陣列的液體蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的范德華力“收緊”ACNT陣列,制備出高密度的“SWCNT固體”,此電極的比電容可達(dá)80F/g,功率密度高達(dá)69.4kW/kg。Chen等利用氧化鋁模板化學(xué)氣相沉積法制備的ACNT陣列,然后在ACNT陣列底部濺射上一層金箔作為集流體,用酸洗去氧化鋁制成超級(jí)電容電極材料。采用金箔作為集流體可減小接觸電阻,測(cè)得電極比電容為365F/g,且電極經(jīng)過(guò)高達(dá)5000次的充放電后其比電容依然保持不變。1.2koh對(duì)cnt的活化作用當(dāng)對(duì)CNT進(jìn)行活化處理后,CNT的比表面積將得到提高,這不但可以有效增大其電容性能又能改善循環(huán)壽命。Hiraoka等通過(guò)控制空氣氧化條件,使制備的SWCNT固體比表面積擴(kuò)大至2240m2/g,其比電容從活化前的73F/g提高至114F/g。Kim等探討了KOH對(duì)CNT的活化作用。將CNT與KOH以質(zhì)量比1∶1～1∶5混合,在800℃和Ar氣氣氛下熱處理1h后用蒸餾水漂洗除去KOH,放置在空氣中干燥。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),CNT比表面積值與KOH的加入量呈線性關(guān)系,從處理前的20m2/g增加至247m2/g,比電容從活化前的2.2F/g提高至28.3F/g。Jang等還發(fā)現(xiàn)利用濃HNO3處理CNT時(shí)也有類似的比表面積值增大的現(xiàn)象。1.3pacsib內(nèi)容分析CNT能比其它形式的碳材料儲(chǔ)存更多的電荷,除得益于納米結(jié)構(gòu)能帶來(lái)巨大的比表面積,也因?yàn)楦叻稚⒌腃NT間能形成較多微、中孔,這些孔的存在能提高電極的電容特性。Frackowiak等和Kimizuka等制備的高密度“SWCNT固體”即通過(guò)范德華力“緊縮”ACNT陣列形成大量的中孔結(jié)構(gòu),這些中孔有助于電解液的離子擴(kuò)散到幾乎每一根SWCNT表面從而提高電極的雙電層電容特性。Pan等嘗試在不同孔徑的氧化鋁模板中生長(zhǎng)CNT后再次通過(guò)乙烯化學(xué)氣相沉積法在已生長(zhǎng)的ACNT中再次生長(zhǎng)出CNT,形成“管中管CNT結(jié)構(gòu)”。Pan等使用孔徑50和300nm的2種氧化鋁模板生長(zhǎng)進(jìn)行試驗(yàn),分別對(duì)制備的孔徑50nm模板中單次生長(zhǎng)后的CNT(AM50)、孔徑50nm模板中兩次生長(zhǎng)后的CNT(ATM50)、孔徑300nm模板中單次生長(zhǎng)后的CNT(AM300)、孔徑300nm模板中兩次生長(zhǎng)后CNT(ATM300)和商品化MWCNT(CM20)做比較。通過(guò)試驗(yàn)可以得出結(jié)論:使用ATM50方法制備的產(chǎn)物比其它方式制備的產(chǎn)物有更小的平均孔徑,因此能獲得更高的比電容,如表1所示。Liu等通過(guò)浮動(dòng)催化化學(xué)氣相沉積法制備了多層紙狀CNT材料。如圖1A～1C所示,這種多層紙狀CNT呈書頁(yè)狀整齊排列。因此,作者將這種材料稱之為“buckybook”。buckybook的每一頁(yè)由CNT互相糾結(jié)連接組成(如圖1D～1F所示),且buckybook的層數(shù)和每層的厚度可通過(guò)改變氣相沉積反應(yīng)條件進(jìn)行控制。測(cè)得其SWCNTbuckybook的比電容約100F/g,電阻約4.3Ω/m2。Hu等將十二烷基苯磺酸鈉和CNT溶解在蒸餾水中制成特殊墨水,涂在紙張上制成“紙電池”,由于紙張的多孔結(jié)構(gòu)具有很大的比表面積,又能產(chǎn)生巨大的毛細(xì)管力,這樣有助于紙張吸附CNT并能與CNT牢固地結(jié)合。這種紙的電阻僅約1Ω/m2,比電容和功率密度則分別高達(dá)200F/g和200kW/kg。這為制備低成本、輕薄和高效的新型能源存儲(chǔ)帶來(lái)希望。以此為基礎(chǔ),Hu等又進(jìn)一步將這種墨水應(yīng)用在織物上制備出可拉伸、多孔和高導(dǎo)電的能量存儲(chǔ)器。Lee等利用層層自組裝的方法制備得到CNT薄膜。這種方法首先配制出分別帶有正負(fù)電荷分子的2種CNT的水溶液,再交替地將薄的襯底(如硅片)浸入這2種溶液中。由于2種CNT電性相反,CNT就會(huì)相互吸引并結(jié)合在一起,而不需任何粘合劑。同種電荷的CNT在溶液中相斥,形成薄的、均勻的層狀而不聚集,得到的薄膜從襯底上剝離下來(lái)并在H2氣氛圍下除掉電荷分子。用這種方法制備的無(wú)粘結(jié)劑CNT薄膜多孔有利于構(gòu)建離子遷移的快速通道,最大可能地保持了CNT大比表面積的特性,是提高CNT比電容的有效途徑,且隨著層數(shù)不斷增加,比電容也隨之增加。此外,Shin等嘗試?yán)肈NA包裹SWCNT來(lái)提高CNT的分散性,制備的DNA/SWCNT材料比電容為100F/g,高于未修飾的SWCNT的比電容。Cooper等利用DNA包裹MWCNT制備的薄膜電容約為66.9F/g。2過(guò)渡金屬氧化物過(guò)渡金屬氧化物及其水合物電極材料如RuO2、MnOx、NiOx和CoOx等本身有很高的贗電容現(xiàn)象,其在電極/溶液界面反應(yīng)所產(chǎn)生的法拉第準(zhǔn)電容遠(yuǎn)大于碳材料的雙電層電容,因此有望用作超級(jí)電容器的電極材料。但這些氧化物的低電導(dǎo)率又會(huì)降低電極材料的功率密度。當(dāng)過(guò)渡金屬氧化物與CNT復(fù)合后,過(guò)渡氧化物電極上可發(fā)生快速可逆的電極反應(yīng),同時(shí)具有大比表面積的CNT網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和CNT良好的導(dǎo)電性使電子傳遞更能進(jìn)入到電極內(nèi)部,使能量存儲(chǔ)于三維空間中,最終提高了電極的比電容和能量密度。因此,為提高電極的電容性質(zhì),CNT與過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合用作超級(jí)電容器電極材料近年來(lái)受到重視。2.1催化劑的種類在CNT與過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合的電極材料中釕的氧化物以及水合物的研究報(bào)道較多,而且性能也比較好。Ye等利用磁濺射的方法在ACNT陣列上濺射釕制備了RuO2/ACNT復(fù)合材料并研究其超級(jí)電容性質(zhì)。Fang等則在氮摻雜的直立有序碳納米管陣列(ACNxNT)上射頻濺射RuO2得到RuO2/ACNxNT,測(cè)得比電容為1380F/g。Yu等在研究納米R(shí)uO2·xH2O/CNT復(fù)合材料對(duì)苯甲醇的催化氧化時(shí)發(fā)現(xiàn)此復(fù)合材料具有高達(dá)1500F/g的比電容。王曉峰等在210℃下燒結(jié)制備超細(xì)氧化釕/CNT復(fù)合材料,當(dāng)CNT質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)復(fù)合電極的比容量可以達(dá)到860F/g,大電流放電條件下材料比容量也幾乎沒(méi)有衰減,25×10-3A/cm2放電時(shí)材料比容量仍然達(dá)到742F/g,體現(xiàn)出優(yōu)良的高功率放電特性。除了燒結(jié)之外,Yan等則嘗試?yán)梦⒉訜岬姆椒ㄔ贑NT表面制備更均勻的RuO2納米顆粒以提高電容性能。雖然CNT與釕的氧化物的電極材料有很好的超級(jí)電容特性,但是釕的氧化物作為貴金屬氧化物,成本較高,并且有毒性,對(duì)環(huán)境有污染,不利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。因此,人們希望尋找到其它廉價(jià)的金屬材料來(lái)代替釕。2.2mno2/cnt復(fù)合材料的制備錳的氧化物是另一種研究較多又很有潛力的超級(jí)電容器電極的候選材料。氧化錳資源廣泛,價(jià)格低廉,具有多種氧化價(jià)態(tài),而且對(duì)環(huán)境無(wú)污染,在電池電極材料和氧化催化材料上可以得到很好的應(yīng)用。鄧梅根等將CNT用KOH活化并沉積MnO2制成MnO2/CNT復(fù)合材料以提高CNT超級(jí)電容器的性能使比電容達(dá)到150F/g。Jin等研究發(fā)現(xiàn),CNT和KMnO4室溫下可以發(fā)生4MnO4+3C+H2O→4MnO2+CO4ΜnΟ4+3C+Η2Ο→4ΜnΟ2+CΟ2?332-+2HCO-3反應(yīng),藉此制備MnO2/CNT復(fù)合材料。正是由于KMnO4反應(yīng)時(shí)對(duì)碳納米管管壁發(fā)生了刻蝕現(xiàn)象,因此MnO2不但可以沉積在碳納米管表面,而且可以深入到碳納米管管壁間,增大負(fù)載量從而達(dá)到提高比電容的目的,而其負(fù)載量可以通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間來(lái)確定。當(dāng)MnO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%時(shí)MnO2/CNT的比電容為144F/g。另外,Yan等在微波下還原KMnO4制備的MnO2/CNT復(fù)合材料,其比電容可達(dá)944F/g。當(dāng)MnO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%時(shí)復(fù)合材料表現(xiàn)出最大功率密度,為45.4kW/kg。An等利用Mn(CH3COO)2溶液熱分解制備的Mn3O4/CNT復(fù)合材料比電容可達(dá)到293F/g。Cao等在鉭片上利用化學(xué)氣相沉積法制備ACNT陣列后在MnSO4溶液中電沉積上花朵狀MnO2納米粒子制備的超級(jí)電容器比電容達(dá)到199F/g,相比單純的ACNT和單純簇狀MnO2納米粒子,在CNT上沉積納米尺寸的MnO2簇也能有效提高電極的電容性能。本課題組以ACNT為基底,以pH=6.0的0.1mol/LNa2SO4為底液,采用電化學(xué)沉積法在0.2mol/L濃度的Mn(CH3COO)2溶液中制備了ACNT陣列與MnO2的復(fù)合材料,其比電容從16F/g增加至330F/g,提升近20倍;同時(shí)掃描200個(gè)循環(huán)后,ACNT陣列與MnO2復(fù)合材料的循環(huán)伏安曲線變化很小,說(shuō)明其具有相當(dāng)好的循環(huán)壽命和電容穩(wěn)定性能。Reddy等和Shaijumon等利用氧化鋁模板依次沉積Au、MnO2管,再利用化學(xué)氣相沉積法在MnO2管中生長(zhǎng)出CNT,制備出了多段Au-MnO2/CNT同軸陣列(如圖2所示)。依次沉積制備的Au-MnO2/CNT材料與沒(méi)有沉積Au的MnO2/CNT材料相比,其比電容從44F/g提升至68F/g,功率密度從11kW/kg提高至33kW/kg。Au-MnO2/CNT材料經(jīng)過(guò)1000次充放電過(guò)程后依然保持了良好的性質(zhì)。2.3nio/cnt復(fù)合材料的制備氧化鎳價(jià)格低廉且電化學(xué)性能優(yōu)良,理論電容特性堪比RuO2,因此制備氧化鎳/CNT復(fù)合材料作為超級(jí)電容器的電極材料也倍受關(guān)注。Gao等向NiCl2·6H2O和MWCNT混合溶液中滴加NaOH,然后產(chǎn)物再在300℃鍛燒2h制備了NiO/MWCNT復(fù)合材料,控制NaOH的滴加量可得到NiO/MWCNT不同質(zhì)量比的NiO/MWCNT復(fù)合電極。表2為NiO/MWCNT不同質(zhì)量比制得的復(fù)合材料的電容特性。根據(jù)電化學(xué)和SEM表征可證明,當(dāng)NiO比例過(guò)高時(shí)電極電阻過(guò)大而NiO比例過(guò)低又不能完全覆蓋CNT表面,只有當(dāng)二者比例為50∶50時(shí)復(fù)合材料的電容性質(zhì)才能達(dá)到最優(yōu)。此外,Gao等制備了NiO/苯磺酸修飾的CNT復(fù)合材料,發(fā)現(xiàn)苯磺酸修飾后的CNT在水中分散性能更好,且更有利于NiO化學(xué)沉積到CNT表面,此復(fù)合電極的比電容可達(dá)到384F/g。Nam等利用恒電流脈沖沉積法將Ni(OH)2沉積到CNT表面并經(jīng)過(guò)煅燒制備了NiOx/CNT復(fù)合材料。當(dāng)NiOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.9%時(shí)NiOx/CNT電極的比電容最大,達(dá)到1701F/g。NiOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增大后比電容反而出現(xiàn)下降,對(duì)這一現(xiàn)象Nam等認(rèn)為是由于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NiOx已能完全覆蓋CNT并借助CNT相互糾結(jié)形成網(wǎng)狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu),此時(shí)最有利于離子遷移。Chidembo等用四氨基鎳酞菁(NiTAPc)與CNT管混合制備了NiTAPc/CNT復(fù)合材料。Chidembo等認(rèn)為NiTAPc價(jià)廉易得,其中N元素和Ni元素具有很強(qiáng)的電化學(xué)活性。因此NiTAPc制備的材料具有贗電容的性質(zhì)。NiTAPc難溶于水,NiTAPc有π-π共軛結(jié)構(gòu),能與CNT表面石墨層結(jié)構(gòu)牢固結(jié)合使得構(gòu)建的NiTAPc/MWCNT復(fù)合材料能在水溶液中穩(wěn)定工作。其復(fù)合電極比電容可達(dá)到(981±57)F/g,功率密度約(701±1)W/kg,經(jīng)過(guò)1500次充放電過(guò)程后依然保持了良好的性質(zhì)。2.4復(fù)合電極材料的制備Ahn等制備的Co(OH)2/CNT復(fù)合陣列電極其電容為12.74F/cm3,是CNT電極電容值6.3F/cm3的2倍。Wang等以電化學(xué)陰極沉積法制得Co(OH)2/CNT復(fù)合電極,測(cè)得復(fù)合電極比電容為322F/g。Fan等采用化學(xué)方法制備了Ni-Co氧化物/CNT復(fù)合電極,測(cè)得其復(fù)合電極最大比電容約為569F/g。Zhao等制備了α-Fe2O3/MWCNT復(fù)合材料。以多壁碳納米管薄膜作為陰極、α-Fe2O3/MWNT薄膜作為陽(yáng)極制備超級(jí)電容器,其功率密度可達(dá)1000W/kg。Chen等用In2O3納米線/CNT復(fù)合材料制備成超級(jí)電容器電極,此復(fù)合電極的比電容為64F/g。In2O3納米線具有禁帶寬度大,縱橫比高、擴(kuò)散程長(zhǎng)度短等特點(diǎn),其與CNT結(jié)合形成的異質(zhì)膜電極具有柔韌性和透光性的特性,而多數(shù)材料制造出來(lái)的器件不具備柔性和透光性,這種柔韌性和透光性的特性將為顯示屏或其它柔性電子產(chǎn)品供電提供可能。3導(dǎo)電聚合物和cnt復(fù)合導(dǎo)電聚合物是一種新型超級(jí)電容器的電極材料,其工作電壓高,具有能量存儲(chǔ)的能力。導(dǎo)電聚合物的貯能機(jī)理是:通過(guò)電極上聚合物中發(fā)生快速可逆的n型、p型元素?fù)诫s和去摻雜氧化還原反應(yīng),使聚合物達(dá)到很高的貯存電荷密度,因此可以產(chǎn)生很高的法拉第準(zhǔn)電容。充電時(shí),電荷在整個(gè)聚合物材料內(nèi)貯存,比電容大。導(dǎo)電聚合物具有塑性,易于制成薄層電極,內(nèi)阻小,成本低。因此,導(dǎo)電聚合物與CNT復(fù)合制成超級(jí)電容器的電極材料是最近的研究熱點(diǎn)。目前,具有代表性的與CNT復(fù)合的導(dǎo)電聚合物有聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚丙烯腈(PAN)、聚3,4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)和聚硫堇等。3.1pani/cnt復(fù)合電極的制備Liu等將MWCNT制成的buckybook放入0.2mol/L苯胺的1mol/LHCl溶液中,然后逐滴加入等體積0.2mol/L過(guò)硫酸銨溶液,在0～5℃下保持12h完成反應(yīng),取出清洗烘干制備了PANI/CNT復(fù)合薄膜材料。整個(gè)材料柔軟、輕薄和緊湊。測(cè)得PANI/CNT復(fù)合電極比電容為424F/g。將此PANI/CNT復(fù)合薄膜表面再覆蓋PVA/H2SO4凝膠電解質(zhì),然后將兩片薄膜經(jīng)壓力粘合可制備柔軟、固態(tài)和紙狀超級(jí)電容器。同時(shí),Qin等制備的PANI/CNT復(fù)合材料,其比電容為560F/g。Gupta等制備的PANI/SWCNT復(fù)合材料比電容為485F/g。Cao等利用循環(huán)伏安法在含有0.05mol/L苯胺的1mol/LH2SO4溶液中對(duì)ACNT陣列電極電聚合,制備得PANI/ACNT復(fù)合電極,發(fā)現(xiàn)此復(fù)合材料在電聚合100個(gè)循環(huán)時(shí)電極的比電容可以達(dá)到1030F/g。通過(guò)SEM表征證明PANI均勻地包裹在ACNT表面,同時(shí)ACNT陣列間依然保留有較大的空隙,這些空隙為離子遷移提供了充分的空間。Xie等也利用循環(huán)伏安法制備了PANI/SWCNT電極材料,其比電容為848.7F/g。3.2ppy/cnt復(fù)合電極的制備Oh等將不同質(zhì)量比的SWCNT和聚吡咯粉末放入甲醇中超聲分散均勻后通過(guò)真空抽濾法得到納米PPY/SWCNT復(fù)合薄膜,其比電容可達(dá)131F/g。Wang等通過(guò)電聚合制得的PPY/SWCNT復(fù)合電極,其比電容為144F/g。Peng等利用電沉積法同時(shí)制備了PANI/CNT、PPY/CNT和PEDOT/CNT復(fù)合物,相比純導(dǎo)電聚合物來(lái)說(shuō)3種復(fù)合物的力學(xué)和導(dǎo)電性能均有所提高。除了PANI/CNT外,PPY/CNT和PEDOT/CNT的電容性質(zhì)均較純聚合物大大提高,其中比電容最大的為PPY/CNT,可達(dá)到約200F/g,為酸化的CNT電容器的4倍。但是經(jīng)過(guò)連續(xù)掃描后,PANI/CNT顯示更好的穩(wěn)定性。3.3pan/cnt復(fù)合薄膜Guo等應(yīng)用高壓靜電場(chǎng)紡絲技術(shù)以CNT和聚丙烯腈的DMF溶液制備PAN/CNT納米纖維,由這種電紡絲制備的PAN/CNT復(fù)合纖維織成布具有很好的電容特性,其比電容為310F/g。Jagannathan等將CNT和PAN粉末分別放入DMF中超聲分散均勻后,制成PAN/CNT復(fù)合薄膜材料,將復(fù)合薄膜浸入不同濃度的KOH溶液處理并經(jīng)700～900℃高溫活化30min,這種活化后的PAN/CNT復(fù)合薄膜具有很高比表面積和理想的孔體積。1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽/乙腈離子液體電解液中測(cè)得最大比電容為184F/g,功率密度為3.55kW/kg。3.4：用聚合物材料作為催化劑相比單獨(dú)使用CNT作為超級(jí)電容電極材料,過(guò)渡金屬氧化物/CNT復(fù)合電極擁有更高的比電容,但其機(jī)械強(qiáng)度卻較低。導(dǎo)電聚合物/CNT能經(jīng)受多次彎曲,工作電壓高,但其經(jīng)過(guò)多次充放電后比電容常常出現(xiàn)較大下降,在有機(jī)電解質(zhì)中浸泡后也容易發(fā)生膨脹,穩(wěn)定性較差。為了制備柔軟、輕便、耐用和高比電容的超級(jí)電容器,因此研究和制備CNT與過(guò)渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物的三元復(fù)合電極材料受到人們的關(guān)注。Yuan等先將MWCNT溶解在聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)溶液得到PSS/MWCNT復(fù)合物,再將PSS/MCNT與RuCl3·xH2O一同均勻分散到蒸餾水中用水熱法制備RuO2·xH2O/PSS/MWCNT三元復(fù)合材料。通過(guò)調(diào)節(jié)PSS和MWCNT的量改變RuO2·xH2O/PSS/MWCNT材料中RuO2·xH2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù),發(fā)現(xiàn)當(dāng)RuO2·xH2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),其三元復(fù)合材料的比電容最高,比電容值為1474F/g。Yuan等通過(guò)表征認(rèn)為帶負(fù)電荷的PSS包裹在MWCNT管壁后不但使MWCNT在水中的分散性更好,而且更容易吸附Ru3+到管壁沉積RuO2·xH2O。Hou等在室溫下向CNT懸浮液中加入KMnO4和MnSO4,溶液中發(fā)生下列反應(yīng):2MnO?4+3Mn2++2H2O→5MnO2+4H+2ΜnΟ4-+3Μn2++2Η2Ο→5ΜnΟ2+4Η+,生成的MnO2包裹在CNT管壁,再向含有MnO2/MWCNT的溶液中加入PEODT-PSS制備MnO2/PEODT-PSS/MWCNT三元復(fù)合材料,其比電容可達(dá)到427F/g,當(dāng)充放電1000次后電容僅下降1%。4pei-gn/mcnt復(fù)合薄膜的制備除了CNT以外,用石墨烯(GN)來(lái)制備超級(jí)電容器電極的研究近來(lái)也備受關(guān)注。早先美國(guó)德州大學(xué)研究超級(jí)電容器的專家RodRuoff曾聲稱,利用石墨烯制