非金属矿物在超级电容器领域中的应用

超级电容器是介于传统电容器与电池之间的一种新式储能器件，其电极材料首要分为3种：碳材料、金属氧化物、导电聚合物。

非金属矿藏应用于超级电容器，大体分为3种状况：

1）作为活性材料用于电极；

2）作为模板制备电极材料，主要涉及到具有特别结构的矿藏；

3）作为载体材料用于复合电极，首要涉及到具有特别结构的矿藏。

1、电极活性材料

锂离子超级电容器是一种高比能量、高功率的新式电容器，其特点是正极（或负极）材料是有锂离子脱嵌功用的插层电极材料，而另一电极则是双电层储能材料。与锂离子电池类似，自然石墨可以用作锂离子超级电容器的负极材料。

Lim等通过往自然石墨上负载聚丙烯腈后再热处理得到硬碳涂层，提高了锂离子超级电容器的功率密度和循环性能，在10000次循环后容量保持率为74.6%。

此外，自然石墨也可用作锂离子超级电容器正极材料。Wang等以自然石墨为正极，锂化石墨为负极，结构了一种新式的锂离子超级电容器。在功率密度为0.22~21.00kW/kg下，能量密度为167~233Wh/kg，具有十分优异的电化学性能。

除自然石墨外，其他矿藏也有少量用作超级电容器活性材料的报道。例如，铜蓝（CuS）和辉铜矿（Cu2S）可作为超级电容器电极材料。将钛铁矿与金红石球磨成纳米颗粒后，也可作为超级电容器电极材料。对钛铁矿与金红石进行酸处理与热处理后，混合样品的电化学性能明显提高。

2、模板材料

蒙脱石、埃洛石、硅藻土等矿藏具有特定纳米描摹，常用作模板组成具有特定描摹的碳、导电聚合物等电极材料。现在，已有多种矿藏被用作模板来组成多孔碳材料，详细包括：自然沸石、凹凸棒石、硅藻土、纤蛇纹石、埃洛石、蒙脱石、高岭石及煅烧后的冰洲石等矿藏。

模板法组成的多孔碳由于具有丰富的孔结构，而具有良好的电化学性能。例如，Zhang等以高岭石为硬模板，可控组成多孔纳米碳材料，比电容可达286F/g，且在100A/g电流密度下，比电容为85F/g，有良好的倍率性能。Zhang等在埃洛石上负载树脂后高温碳化，去除模板后，组成了介孔管状碳材料。在6mol/L的KOH电解液中，电流密度1A/g下比电容到达232F/g；在电流密度5A/g下循环5000次，容量保存率为95.3%。此外，对多孔碳进行掺杂等改性处理，可进一步提高材料的电化学性能。

导电聚合物是一类常见的超级电容器电极材料，也可利用矿藏模板法组成特定描摹的导电聚合物。Fan等以埃洛石为模板组成了管状聚苯胺（PANI），经碳包覆后该电极在1A/g的电流密度下具有654F/g的高比电容，而且在10000次循环后比电容仍保持在87%，具有优异的循环性能。

金属氧化物也是重要的超级电容器电极材料。Li等使用硅藻土为模板，组成片状MnO2电极，具有良好的电化学性能。

综上，矿藏作为模板有含量丰富、价格低廉等优点，但在去模板的过程中经常需求用到大量酸（如氢氟酸），是其一大缺点。

3、电极载体材料

将活性材料负载在蒙脱石、埃洛石等矿藏表面，可以操控活性材料的特定描摹，而且由于矿藏结构的稳定性，防止活性材料团聚，可提高材料的比电容及循环稳定性等性能。负载的活性材料首要有碳材料、导电聚合物、金属氧化物、金属硫化物等。

例如，碳材料可与高岭土、埃洛石、蒙脱石、凹凸棒石等矿藏复合后用于超级电容器电极。导电聚合物与蒙脱石、海泡石、埃洛石、凹凸棒、导电云母等复合后可获得较高的电导率和比电容，性能得到了显著提高。

Wu等制备PANI/埃洛石纳米复合材料与氧化石墨烯纳米片复合后构成复合薄膜，具有较好的柔性、较强的抗拉强度（351.9MPa）与超高的导电率（397.0S/cm），组成的全固态柔性超级电容器，通过5000次弯曲后容量无衰减。

金属氧化物（或硫化物）电极具有很高的理论比电容，但实践中的比电容远低于理论比电容，可通过与凹凸棒石、埃洛石、硅藻土、蒙脱石等矿藏复合提高其电化学性能。

此外，矿藏可一起与碳材料、导电聚合物及金属氧化物（硫化物）等材料复合，构成多元复合材料，往往具有更加优异的性能。