基于碳材料和二氧化锰的复合型超级电容器性能研究

4结果与讨论

4.1电极材料的物理性能

图1(a)和(b)为碳纳米管活化前后的扫描电镜图，可以看出经过硝酸活化后的碳纳米管具有活化前所不具有的短程网络结构，活化前的长程链状结构被打断，而且外层管壁较活化前变得粗糙，形成了更好的交织缠绕的结构，从而更有利于电解液离子的吸附与脱附，增加了相应的比表面积[4]。同时酸化的处理过程给碳纳米管也接上了丰富的活性官能团，如羟基，羧基及羰基等。这些活性官能团的附着有利于提高碳纳米管的导电性。

图2是活性炭/二氧化锰复合电极的SEM图。从图中可以看出，电极具有疏松的表面孔结构，这种特有的结构可以为在电极表面发生的双电层反应和法拉第赝电容反应提供良好的环境。

4.2复合电极的电容特性

图3是上述复合电极的循环伏安曲线。可以看出，复合电极表现出了良好的可逆性，具有明显的电容特征。比较电极A、B和C可知，随着碳纳米管含量的增加，循环伏安曲线所包围的面积逐渐减小，电容量也逐渐减小。这是由于碳纳米管虽然是一种高比表面积的材料，但是在双电层电容中，碳材料主要是通过可逆的吸附电解液离子在电极表面形成的双电层来完成储能过程，双电层的厚度取决于离子半径和电解液的浓度。而碳纳米管的内径一般在20nm~60nm之间，此范围内较小的内径对于电解质离子来说进入困难，所以导致微孔只对材料的比表面积做出了贡献，并没有对电容的提高起到应有的效果[5]。而活性炭的孔径比碳纳米管大，有利于电解质离子在其表面的吸附与脱附，从而复合电极随着活性炭含量的增加，循环伏安曲线所覆盖的面积也相应增加。

比较电极C和D可知,当二氧化锰和碳纳米管所占质量分数均为30%时，由活性炭/二氧化锰组成的复合电极的循环伏安曲线包围的面积要大于由活性炭/碳纳米管组成的复合电极的循环伏安曲线面积。而且在扫描CV曲线的范围内没有出现氧化还原峰，这说明在扫描电位内，氧化还原反应均匀的进行。同时，在活性炭/二氧化锰复合电极上形成的双电层电容和在电极-电解液界面发生活性物质的氧化还原反应而产生的法拉第赝电容，两种电容复合从而提高了电极的比容[6]。