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炭材料由于具有高比表面积、高导电性和优秀的物理化学稳定性被广泛地应用于超级电容器电极材料,然而炭材料的容量主要来能量密度有限的双电层电容。相比而言,赝电容材料可以通过氧化还原反应存储大量的电荷,从而具有更高的能量密度,但是其也存在结构强度和导电性较差等问题,限制了性能的完全发挥。改善这种状况的方法之一就是将赝电容材料与的炭材料相结合,制成具备两种材料优点的复合电极材料。本文以喷雾干燥制成的中孔炭微球(MCM)为炭骨架,通过向其孔内引入赝电容材料形成赝电容/中孔炭微球复合材料。基于上述炭基复合材料的构建并将其作为超级电容器电极材料,使用标准三电极体系,系统地研究了其电化学性能,深入分析了中孔炭材料孔内引入赝电容材料之后的结构与电化学性能变化。本文的主要结论如下:(1)以酚醛树脂为炭前驱体,硅溶胶为模板,使用喷雾干燥法制备了中孔结构发达的中孔炭微球(MCM)。使用过硫酸铵作为引发剂,在MCM的孔内化学氧化聚合生长赝电容材料聚苯胺(PANI),制得不同PANI负载量的PANI/MCM复合材料。PANI的高赝电容可以极大地提高复合材料的比电容,在1 M H2SO4电解液中,1 Ag-1的电流密度下为435 Fg-1,远远高于同条件下MCM的184 F g-1。同时,由于PANI具有质子通导性,在孔结构匮乏的情况下,PANI/MCM在电流密度为20 Ag-1时的容量为0.5 A g-1时的83%,表现出非常优秀的倍率性能。PANI在基本填满MCM孔道时并不会明显降低内部PANI的反应活性,同时材料密度得到提升,因此复合材料具有优秀的体积比电容,高达539 F cm-3,相比较于MCM的127 F g-1显著提升。此外由于PANI与MCM的紧密结合,使PANI/MCM具备优秀的循环稳定性,在1Ag-1的电流密度下,恒电流充放电1000次依然保持最初容量的84%。(2)利用KMnO4和MCM的反应,在MCM的孔内生成了纳米尺度的MnO2,合成了 MnO2/MCM复合材料。MCM均匀的纳米孔道将MnO2限制在纳米尺度内,同时为MnO2提供了导电网络,因此MnO2/MCM具有优秀的电化学性能。在1 M Na2SO4电解液中,1 A g-1的电流密度下为188 F g-1,高于同条件下MCM测得的93 F g-1。此外,MnO2作为过渡金属氧化物具有较高的密度和赝电容,将其引入MCM孔内可以使复合材料具有很高的体积比电容,高达347 F cm-3。由于MnO2与MCM之间的紧密结合,在1A g-1的电流密度下,恒电流充放电1000次进行循环稳定性的测试,MnO2/MCM可以保持最初容量的90%。与PANI不同的是,MnO2不具备电解液离子的传输能力,MnO2的量适度增加可以提高复合材料比电容,而过多的MnO2会堵塞孔道,降低内部的MnO2反应活性,使电化学性能降低。