1.3.2 法拉第赝电容

法拉第赝电容器是双电层型电化学电容器的一种补充形式。法拉第赝电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电极活性物质进行欠电位沉积或发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。传统的双电层电容起因于电极表面电荷密度的电势依赖性，其中的电荷是以静电方式存储于电容器电极界面上。与传统双电层电容器不同的是，对于法拉第赝电容，其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储，而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层中的电荷存储与上述类似，对于化学吸脱附机理来说，一般过程为：充电时，电解液中的离子(一般为H+或OH-)在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面，而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中，并在此过程中实现电子的转移。若电极材料是具有较大比表面积的氧化物，就会提供很多的电化学反应位点，意味着有相当多的这样的电化学反应发生，大量的电荷就被存储在电极中。放电时，这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就是法拉第赝电容的充放电机理。在电极的比表面积相同的情况下，法拉第赝电容器的比电容是双电层电容器的10到100倍，目前对法拉第赝电容器的研究工作成为一个重点开展的方向。不同材料的赝电容机理不尽相同，这样也是法拉第赝电容器机理研究的一个难点所在。 

1.4 不对称超级电容电极材料

电极材料是制约不对称超级电容器发展的最关键因素。根据储能机制不同，不对称超级电容器电极材料主要分为双电层电极材料和赝电容电极材料，这两类材料存储能量的方式不同。表1-2[37]中总结了具有代表性的电极材料在超级电容器的应用中具有不同的特性，其中总结的数据均为在水系三电极测试条件下获得，方便比较不同电极材料的超电容性能。下表总结了多种代表性的超级电容器电极材料各项性能。

电极材料 电解液 电位区间 比容量/（Ｆ•ｇ－１）及优缺点

活性炭 1 mol/L  H2SO4

４ 0~0.8 V  vs  SCE 300 优点：倍率性能优良缺点：比容量低

碳纳米管 1 mol/L  H2SO4

0~0.9 V  vs  SCE 153 优点：倍率性能优良

缺点：比容量低、价格高

石墨烯 6 mol/L  KOH -1~0 V  vs  Hg/HgO 349  优点：倍率性能优良

缺点：比容量低

RuO2 1 mol/L  H2SO4

0~1V  vs  Ag/AgCl 1300  优点：比容量高、倍率性能优良 缺点：价格高

MnO2 1 mol/L　Na2SO4 0~0.8 V  vs  SCE 210  优点：环境友好、价格低廉  缺点：比容量低、倍率性能差

Ni(OH)2

6 mol/L KOH containing 10g/L LiOH 0.15~0.57 V  vs  Hg/HgO 1532 优点：比容量高缺点：电位区间窄、倍率性能差