电化学超级电容器又叫双电层电容器,它具有充放电快,较高比电容,以及良好的循环使用寿命等优点。超级电容器在电子产品,电动汽车以及军工产品等有巨大的应用前景。特别是近年来,随着节能减排、绿色环保产品得到广大市民的青睐,超级电容器作为环保节能产品也受到研究学子的广泛关注。超级电容器主要组成部分包括电极、电解液以及隔膜,而电极材料是超级电容器最为核心部分,也是研究的重点。碳基材料是研究最早也最成熟的电极材料,包括活性炭、碳纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管以及石墨烯等。但是,目前研究较多的碳基材料大多还处于实验室理论研究阶段。超级电容器的实际生产成本较高,电极材料来源匮乏,制备过程较为复杂。此外,超级电容器的比电容,比能量,循环使用寿命等电化学性能都有待进一步提高。本文旨在降低超级电容器生产成本,提高它的比电容、比能量等电化学性能。本文以丝瓜络为原材料,通过炭化、活化制备丝瓜络活性炭。通过氮气吸附脱附表征,丝瓜络活性炭的比表面积高达2790m2/g,孔容为1.3672cm3/g,平均孔径为1.9588nm。以丝瓜络活性炭作为电极材料,组装成纽扣型超级电容器并测试其电化学性能。此外,研究了丝瓜络活性炭结合石墨烯、Co3O4等制备复合材料在水系电解液中的电化学性能,表明丝瓜络活性炭是一类电化学性能极好的电极材料。以等质量的丝瓜络活性炭组装成纽扣型对称超级电容器,电解液为6M KOH。在0.048A/g的电流密度下恒流充放电测试,工作电压为1.2V,充放电线性关系以及对称性较好。由公式计算,丝瓜络活性炭的比电容高达356.77F/g,能量密度为12.49wh/kg。大电流下,10000次循环充放电后,丝瓜络活性炭比电容依然保持在最初的86.3%。且8000次充放电之后,能量效率维持在83%左右,表现出良好的循环使用寿命以及能量利用率。以1M C8H20BF4N/PC为电解液,等质量丝瓜络活性炭组装成纽扣型对称超级电容器。当电流密度为0.2A/g时,丝瓜络活性炭充放电过程线性关系以及对称性良好,工作电压达到2.7V,比能量为16.395wh/kg。在6M KOH电解液中进行三电极测试,当电流密度为1A/g时,丝瓜络活性炭的比电容为338F/g,这要好于大多数文献报道的生物质活性炭的比电容。除此之外,我们还进行了三电极循环伏安以及电化学阻抗测试。特别是在1M Na2SO4电解液中循环伏安图类似矩形,表现为双电层超级电容器电化学行为。电势窗口为-0.6~0.8V,表明其拥有较大的工作电压范围。将丝瓜络活性炭与石墨烯结合制备复合材料,以等质量的复合材料组装成纽扣型对称超级电容器。当电解液为1M C8H20BF4N/PC,石墨烯与丝瓜络活性炭的质量比为5%时,复合材料的比电容最大达到了130.8F/g。若以6M KOH为电解液,电流密度为35m A/g,其比电容为182.7F/g。充放电线性关系以及对称性较好,表现为对称型超级电容器的电化学行为,但比电容比丝瓜络活性炭要小,表明丝瓜络活性炭是一类电化学性能极好的电极材料。在大电流下,进行1000次循环充放电测试后,其比电容保有率为97%,石墨烯与丝瓜络活性炭复合材料拥有良好的循环使用寿命。在6M KOH电解液中进行三电极测试,电化学阻抗谱图表明复合材料的传质阻抗以及扩散阻抗都较小,这有助于提高超级电容器的使用寿命以及其他电化学性能。将丝瓜络活性炭与Co3O4结合采用共沉淀法以及水热合成法制备复合材料AC/Co3O4,以质量相等的复合材料组装成纽扣型对称赝电容器,其中电解液为6M KOH。采用共沉淀法,当Co3O4与AC质量比为30%,电流密度为0.055A/g时,复合材料的比电容达到了516.2F/g,工作电压范围为1.2V。充放电过程线性关系、对称性较差,表现出赝电容性能。在大电流密度下,1500次循环充放电后比电容衰减较为平缓,并未出现明显的衰减,比电容保有率达到了95.5%,表现出良好的循环使用寿命。在电解液为6M KOH中进行三电极恒流充放电测试,当Co3O4与AC质量比为30%,电流密度为1A/g时,复合材料的比电容最大达到了603F/g,表现出优异的电容性能。本文以丝瓜络为原材料制备超级电容器。一方面,降低了超级电容器的生产成本;另一方面,提高了超级电容器的电化学性能。超级电容器的制备方法简单易行便于推广,本课题不仅为实验室的理论研究提供思路,也推动了超级电容器的工业化、产业化进程。