1.4 炭基超级电容器电极材料的研究进展

1.5 超级电容器的应用

采用石墨烯/聚苯胺/Co3O4复合材料的电极充分结合了双电层电容和赝电容两者的优势，充电时电能首先以双电层的形式存储，并与金属氧化物发生氧化还原反应，放电时则发生逆反应，石墨烯的高比表面积加速了充-放电速率[27]。以此复合材料为电极的超级电容器依托其电容量高、充放电速率快、使用的范围温度宽、充放电寿命长和免维护等优异的性能，在当下能源、环保问题日趋严重的情况下，具有非常广阔的应用前景[28]，主要包括：消费电子、电动汽车和油电混合动力汽车、内燃机车启动、电力系统的应用。文献综述

超级电容器同时可用做存储器、微型计算机、系统主板等电子设备的备用电源。因其充电时间短且存储的电能大，若主电源供电中断或接触不良导致电压不稳定时，可作为后备应急电源启动，特别是电脑中的存储器、主板等设备，供电中断会导致数据丢失甚至损坏设备元件。未来几十年里，在交通运输方面，超级电容器将会有非常大的应用空间，例如在汽车、地铁领域的应用。作为新型汽车的动力源，超级电容器能解决传统电容器的局限性，其电极结构能够提供超大的输出功率，对于电动汽车加速、快速启动、爬坡等高输出功率要求环节，超级电容器能提供传统蓄电池所不能提供的高功率。柴油内燃机的启动需要蓄电池组放电，在冬天，蓄电池发电启动则更为困难，故很多司机会将卡车置于怠速状态以免车子熄火后难以再次启动，德国研究人员发现，若将超级电容器与蓄电池联用，由于超级电容器可提供较高的瞬时输出功率。超级电容器还可以运用于太阳能路灯的设计中，作为储能设备，他可以先将太阳能电池所产生的太阳能转化为电能储存起来，然后在适当的时候再把所存储的电能为蓄电池充电，这样简单的联用就可以使太阳能的利用率得到一个极大的提升。高压变电站中的电解电容器储能低、漏电流大，带来的这些问题会降低分合闸装置的可靠性及安全性，引发安全事故。若将电解电容器替换为超级电容器，在装置结构简单的基础上，不仅能减少电力系统的维护次数，降低维护成本，还能降低电力系统的运行成本。在铁路列车方面的应用，湖南株洲南车集团于2012年8月生产出了世界首列使用超级电容器的轻轨列车，它能在30秒内快速充电，如此快速的充电时间免去了列车为了充电等待所付出的时间成本以及沿线高压电设备的成本。目前，日本的三家公司(NEC、Elna、Panasonic)占据了超级电容器的主要市场。国内对超级电容器也有一定的研究，例如深圳富威康公司、HCC合众汇能公司和辽宁锦州凯美公司等。

1.6 课题意义

结合聚苯胺的赝电容机理和石墨烯双电层机理的优点，在此基础上将Co3O4添加进复合材料，以提供良好的充放电过程。石墨烯基于双电层机理，它可以提供良好的充放电速率但其电容量不理想，聚苯胺的电容量较大但其稳定性差，加入的Co3O4可为石墨烯提供附着基底，石墨烯附着于其上，为Co3O4的氧化还原过程提供了优良的离子传递路径。由此，我们提出一种设想，在石墨烯炭基材料的基础上，加入聚苯胺和Co3O4制备复合电极，以期为其他化学研究提供有益的借鉴。