碳材料在电极材料方面的应用

双电层电容器中的电极材料要符合以下要求；导电率高，且不与电解质发生化学反应或电化学反应，表面积尽可能大，易于成型。因此，在开发双电层电容器的初期用活性炭、活性炭毡和活性炭布等材料就被人们优先考虑用作级化电极。

一直以来，高比表面积活性炭常被用作电极材料。碳纳米管（carbonnanot ubes,CNT) 是20世纪90年代初发现的一种新型碳材料，它是由单层或多层碳石墨片层卷曲而成的无缝中空的纳米级管状结构。碳纳米管具有独特的金属或半导体导电性、极高的机械强度、储氢能力、吸附能力和宽带电磁液吸收特性等特殊的物理化学性能，因此，在储能材料、导电材料、纳米电子元器件和复合材料中都具有重要的潜在应用价值。另一方面，基于碳纳米管的独特中空结构，良好导电性，大比表面积和适合电解液中离子移动的孔隙以及交互缠绕可形成纳米尺度的网状结构，因此，也常被用作双电层电容器的电极材料。

早期的研究表明，与金属电极的电容量［20～30μF／（C·㎡）］相比，多数多孔炭的比电容量较低，有的还不到10μF／（C·㎡），但低表面积的石墨粉、热解石墨及玻璃碳等的比电容值却可达到以20～30μF／（C·㎡），若用比表面积为1000㎡／g的活性炭作双电层电容器的电极，则单个电极的双电层比电容量可达100F／g；而用比表面积为2000㎡／g的活性炭作双电层电容器的电极，则单个电极的双电层比电容量应为200F／g。但实验结果表明，活性炭的质量比电容与其比表面积并不呈线性关系，说明这些活性碳材料的比表面积并未被充分利用，其原因是由于活性碳材料中存在大量孔径较小的微孔所造成的，一般认为孔径大于2nm（水溶液体系）或5nm（非水溶液体系）的孔才有利于双电层的形成，因此用于双电层电容器的炭电极材料不仅要求较大的比表面积，而且还要求有合适的孔径分布。