【摘 要】
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电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键组成部分。在众多的电极材料中，多孔碳材料具有高比表面积、环境友好和造价低廉的特点，因而受到广泛关注并被成功用于商用超级电容器
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电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键组成部分。在众多的电极材料中，多孔碳材料具有高比表面积、环境友好和造价低廉的特点，因而受到广泛关注并被成功用于商用超级电容器的电极材料。但是，在传统的多孔碳材料中，含有大量孔径小于2 nm的微孔结构，致使其电导性与倍率性能相对较差。本文提出了将碳纳米管、石墨烯等高电导率的石墨化碳材料与多孔碳复合，构建具有嵌入式结构的三维多孔复合碳材料，有效地提高了多孔碳材料的电导率和倍率性能。主要研究工作如下: 1.利用气相沉积法创新性地制备了具有三维结构的有序介孔碳/碳纳米管(OMC/CNTs)复合材料。首先通过共组装方法制备得到嵌有金属镍(Ni)纳米颗粒的OMC，然后以Ni纳米颗粒作为催化剂，通过化学气相沉积法实现CNTs的可控生长，最终获得了OMC/CNTs复合材料。OMC/CNTs复合材料的比表面积达到1197 m2 g-1，并保持了完整的孔结构，其电化学性能明显优于OMC。在6 M KOH电解液中，当电流密度为1 Ag-1时，比容量达到338.1 F g-1;,当电流密度为50 A g-1时，比容量仍保持在130.2 F g-1，4000次循环后比容量为初始容量的92％。 2.利用天然生物质黑木耳具有的丰富孔结构和强吸水性，制备了嵌有少层石墨烯的多孔碳复合材料。少层石墨烯纳米片的嵌入显著提高了生物质衍生碳的电导率，增强了其大电流充放电能力。嵌有石墨烯的多孔碳材料具有高比表面积(～1723 m2 g-1)，丰富的介孔结构(＞75％)以及比较高的孔体积（高达1.85 cm3 g-1）。在1 M H2SO4溶液中，复合材料在1 A g-1的电流密度下，比电容量达到283.4 F g-1;在50 Ag-1的电流密度下，比容量仍可以达到175.0 F g-1，并且具有优异的循环稳定性，在10000次循环后可保持99％的初始比容量。 3.基于嵌有石墨烯的多孔碳材料组装了水系超级电容器器件，表现出优异的串并联性能;负载5.8 mg活性物质的器件组，经过串并联后可以点亮小LED灯长达8分钟。以固态凝胶电解液代替水系电解液，进一步构建了柔性全固态的超级电容器，在1 mAcm-2电流密度下具有76.1 mF cm-2和1.8Fcm-3比容量，表现出优异的电化学性能。
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