第2章　碳基电极材料

碳元素作为地球上最为丰富的元素之一，对人类生活和社会发展起着至关重要的作用。位于元素周期表第二周期ⅣA族，最外层4个价电子，能以sp3杂化方式形成单键，以sp2杂化形成双键以及以sp杂化形成三重键，多种成键性能赋予碳多样的存在形态。仅单质而言，碳的同素异形体就包括了三维的金刚石、二维的石墨片层和石墨烯、一维的卡宾和碳纳米管、零维的富勒烯和量子点等结构和性质完全不同的形式。碳材料的结构多种多样，性能也各不相同，可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的特性，这使得碳材料的应用范围相当广泛。

在超级电容器电极材料中，研究最早技术最成熟的是碳材料，其研究是从1957年Beck发表的相关专利开始的，其发展已60余年。碳材料之所以成为制备超级电容器电极的首选材料，是因为它们通常具有以下特点：

① 化学惰性，在各种酸、碱溶液中稳定，不与电极反应；

② 比表面积大、孔隙结构发达且开口气孔率高，能吸附大量电解质溶液；

③ 纯度高，导电性好，漏电流小；

④ 热稳定性高，在很宽的温度范围内性能稳定；

⑤ 易加工成各种形状的电极；

⑥ 价格低廉、来源丰富。

目前，研究较多的超级电容器电极材料主要有活性炭、活性碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管和石墨烯等。