近年來隨著經濟的迅猛發展，人們在實際應用中對儲能裝置各項技術指標的需求不斷提高，而當前電池的標準設計能力已漸漸無法滿足實際所需，因此超級電容器應運而生。超級電容器(Supercapacitors)，又名電化學電容器(Electrochemical Capacitors)，是上世紀七、八十年代發展起來的一種新型的儲能裝置[1]。它是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，因而不同于傳統的化學電源。超級電容器的突出優點是功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度范圍寬。因此，被廣泛應用于汽車、電子、通訊、航空航天、軍事、醫療、郵政、食品和加工等各個領域。

　　1 超級電容器的工作原理

　　電化學電容根據儲能機理的不同可以分為兩類：1)雙電層電容：是在電極/溶液界面通過電子或離子的定向排列造成電荷的對峙而產生的[2]。對一個電極/溶液體系，會在電子導電的電極和離子導電的電解質溶液界面上形成雙電層。當在兩個電極上施加電場后，溶液中的陰、陽離子分別向正、負電極遷移，在電極表面形成雙電層；撤消電場后，電極上的正負電荷與溶液中的相反電荷離子相吸引而使雙電層穩定，在正負極間產生相對穩定的電位差。這時對某一電極而言，會在一定距離內(分散層)產生與電極上的電荷等量的異性離子電荷，使其保持電中性；當將兩極與外電路連通時，電極上的電荷遷移而在外電路中產生電流，溶液中的離子遷移到溶液中呈電中性，這便是雙電層電容的充放電原理。2)法拉第準電容：其理論模型是由Conway首先提出，是在電極表面和近表面或體相中的二維或準二維空間上，電活性物質進行欠電位沉積，發生高度可逆的化學吸脫附和氧化還原反應，產生與電極充電電位有關的電容[3]。對于法拉第準電容，其儲存電荷的過程不僅包括雙電層上的存儲，而且包括電解液離子與電極活性物質發生的氧化還原反應。當電解液中的離子(如H+、OH-、K+或Li+)在外加電場的作用下由溶液中擴散到電極/溶液界面時，會通過界面上的氧化還原反應而進入到電極表面活性氧化物的體相中，從而使得大量的電荷被存儲在電極中。放電時，這些進入氧化物中的離子又會通過以上氧化還原反應的逆反應重新返回到電解液中，同時所存儲的電荷通過外電路而釋放出來，這就是法拉第準電容的充放電機理。
　
　　2 超級電容器的研究進展

　　2.1 碳基雙電層電容的研究進展

　　在超級電容器電極材料中，應用最為廣泛的是各種碳材料。根據雙電層原理，電極表面的雙電層電容約為20μF/cm2。理論上，若采用比表面積為2500m2/g的活性炭做電極材料，可獲得的比容量高達500 F/g。這種較高的理論值使得人們對高比表面積的碳材料產生了極大的興趣。因此，目前碳電極材料的研究核心是通過提高碳材料的比表面積以及優化孔結構來提高比容量和能量密度[4-6]。

　　但是科學工作者通過研究發現，實際上大多數碳材料的比電容并不總是隨其比表面積的增大而線性增大。這是由于碳材料的雙電層電容與碳材料的比表面積、孔徑分布、孔結構、碳表面官能團等因素都有關。Shi等研究了比表面積、孔容、平均孔徑和孔結構與比容量的關系，認為微孔和中孔對雙電層電容都有貢獻，但微孔和中孔單位面積上的雙電層電容存在差別。離子在狹窄的微孔中移動慢，因而雙電層容量小。孔徑越大，電化學吸附速度越快，能夠滿足快速充放電的要求。對于特定的活性炭纖維，在有機電解液中，當大于2nm的孔所占體積比在50%以上時，質量比容量才隨著比表面積的增大而線性增加[7, 8]。但最近，Gogotsi等人在研究發現，當孔結構小于1nm(約0.6nm)時，其電荷儲存容量較之標準粉末超級電容器超過50%，表明微孔也是可以用來產生雙電層電容的，這一研究成果為進一步增加碳材料能量密度開辟了新的路徑[9]。

　　此外，由于炭材料表面很容易因吸附或物理化學處理等形成包括醌、氫醌、酚、羧基、羰基、內酯、氫鍵、游離基等有機官能團。這些官能團一方面可以改善炭材料表面對電解液的浸潤性，另一方面在一定的電位下也發生氧化還原反應而產生贗電容。例如Lipka用比表面積僅為2m2/g的碳纖維作電極材料，通過活化使表面生成活性基團后其單電極比容量為300F/g[10]。另外，功能化的碳納米管作為超級電容器也被廣泛報道[11]。

　　2.2 金屬氧化物電化學電容器

　　由于金屬氧化物在電極/溶液界面反應所產生的法拉第準電容要遠大于碳材料的雙電層電容，已引起了不少研究者的興趣。其中各種貴金屬氧化物是目前研究較多的課題。
　
　　（1）RuO2及其水合物電極材料的研究

　　[$page]　　RuO2電極活性材料以其不同尋常的比容量而成為研究的熱點，研究工作主要集中在運用不同的方法制備活性極高的電極材料。Jang等[12]通過電泳沉積獲得RuO2?xH2O，比容量最大可達734F/g，最大能量密度為25Wh/kg；Liang[13]報道了通過固相法合成RuO2?xH2O，其顆粒大小約為30-40nm，單電極比容量達到655F/g，且方法十分簡單；Zheng、Jow等[14]用溶膠凝膠法在150℃低溫合成了一種無定形水合的RuO2?xH2O，單電極比容量高達768F/g，能量密度高達94 kJ/kg，循環壽命、充放電性能也相當好。分析認為RuO2?xH2O的無定型特點使得H+很容易在體相中傳輸，使RuO2?xH2O的全部體積均能用于電荷存儲，大大提高了電極的比容量；此外在貴金屬氧化物中，IrO2有著與RuO2相類似的法拉第準電容特性，它們都具有較高的比容量和良好的電導率。

　　（2）RuO2基復合金屬氧化物超級電容器的研究

　　由于Ru作為一種貴金屬價格十分昂貴，因此，人們在尋找各種方法減少貴金屬的用