柔性超級電容器中的碳基電極材料與印刷工藝研究

文 趙麗鳳 朱鎮 吳男 劉暢 孫加振

當今，隨著經濟的不斷發展，人們不斷追求更舒適便利的生活，對便攜式柔性可穿戴產品需求不斷增加，大大刺激了柔性能量存儲系統的開發。超級電容器由于有著高的功率密度、高充放電速率、長循環壽命等特點，得到了人們的關注。制備高性能柔性超級電容器，電極材料與制備工藝的選擇至關重要。碳基材料因其優良的導電性、電化學活性、易功能化等特點，被廣泛選擇與應用。印刷技術作為一種工藝簡單、適應性廣的增材制造技術，一定程度上克服了傳統光刻等工藝所存在的流程復雜，高成本、低效率等問題。本文將對超級電容器的工作原理、碳基電極材料的選擇以及常用印刷制備技術進行淺析。

超級電容器與柔性超級電容器

超級電容器按照儲能原理可以分為雙電層電容器（如圖1．a）與贗電容器（如圖1．b）兩類。

電化學雙層電容器通過利用電解液將兩極板分隔開，正極板吸引電解液中的負離子，負極板吸引電解液中的正離子的物理吸附方式，在兩端形成儲能電子層，最終形成電極差。該過程高度可逆且具有穩定的充放電能力，其次數高達十萬至數百萬次。

贗電容電容器通過兩端電極的電壓差，表現出快速的法拉第反應，與雙電層電容器的物理吸附過程不同的是，該過程屬于化學反應的過程。對于贗電容器而言，除了雙電層形成電極差的能量，還有一部分能量來自于快速的法拉第反應，因此，在同等電極面積的情況下，法拉第準電容電容器具有相對于雙電層電容器而言更大的能量，通常相差10～100倍，因此也更適用于大的用電設備，人們也將更多的研究目光投向贗電容電容器的研究上。……