1.1 超级电容器概述

超级电容器(Supercapacitor)又称电化学电容器(Electrochemical Capacitor)，是一种利用双电层或可逆氧化还原反应的发生而储能的装置 ，主要由电极、电解质和隔膜组成[6-7]，其功率密度可高于锂离子电池数千倍，能量密度也比传统电容器大[8]，因此具有极大潜力。

1.1.1  超级电容器工作原理

超级电容器储能机理可以分为两类：一类是静电荷在电极/电解液界面累积的双电层电容(EDL)[9]；另一类是表面快速、可逆的氧化还原反应过程中的赝电容，这两类分别根据电极材料的不同性质来运行，并根据原理的不同，可将其分为双电层型和赝电容型。

双电层电容(EDL)理论是19世纪首先由德国Helmhotz提出，金属表面电荷将从电解液中吸附部分离子，使得其聚集在电解液一侧，并在距离电极一定远处排列成行，构成与电极电荷相等但极性相反的界面层，即双电层[10]，能构成双电层的材料可以包括活性炭、碳纤维等导电性能良好的电极材料。

赝电容，又名法拉第准电容，是活性物质在电极的表面或其体相中二维、准二维空间上，发生欠电位沉积，进行高度可逆的化学吸附/脱附，本质上是氧化还原反应[11]。其通常能获得高于双电层(EDL)的电容，但也存在功率密度低、循环过程中稳定性不够等缺点。常见的赝电容电极材料有氧化钌[12]、氧化锰[13]、导电聚合物[14]和表面功能化的碳[15]。

1.1.2 超级电容器优点

(1) 功率密度高，能量密度大，能在短时间内放出上千安培的电流，比电容范围很广，使用温度范围也很广，可以满足不同产品在不同条件下需要；

(2) 使用温度范围广，可在-40-70℃使用，低温性能优越，比电容几乎不随温度衰减，可以满足不同的需求；

(3) 自身寿命和循环寿命长，充放电过程具有良好的可逆性；

(4) 充电速度快；

(5) 体积小，方便携带，绿色环保。

1.1.3 超级电容器的应用

超级电容器优势众多，可在许多领域广泛应用，适用于通讯、交通领域等，可作为后备及驱动电源。

1.2 静电纺丝法概述

1.2.1 静电纺丝装置及原理

静电纺丝法，又称电纺，是将聚合物溶液、熔体在静电作用下喷射拉伸从而获得纳米级纤维的方法[16]。由于纺丝所用设备简易、代价小、可以选用多种不同物质和参数可调等特点，已经成为实验室制得纳米纤维的重要手段，其装置通常是由高压电源、喷射装置和收集装置三个部分构成。基本工作原理是通过对溶液加以高压产生静电作用力，从而让同性电荷分布在液滴表层，由于它们之间存在的排斥力和表面张力作用方向相对，因此当排斥力与表面张力相同时，液滴会恰好在毛细管顶端，同时随电压的持续增加，静电力会继续变大直至超过表面张力，液滴会变为射流，进一步向收集装置运动，喷射过程中，射流经历了溶剂挥发，不稳定拉伸，固化成纤维状，并附着在收集装置上。其中高压电源广泛使用的是直流电，喷射装置采用了注射器加上内径为0.5-2mm的针头，收集装置则是表面光滑且导电良好的铝箔。

用于静电纺丝常见的材料有聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA) 等一系列高分子材料。由于PAN纺丝性能良好、碳化收率较高等特点[17-18],因此我们将PAN 运用于静电纺丝制备纳米纤维。目前较多使用的制备PAN纤维的方法，是将纯PAN或者PAN与其它组份共同混合溶解在二甲基甲酰胺(DMF)等溶剂中构成纺丝液,进而制得PAN纤维。但是PAN本身不导电,只能作为力学骨架,不具备存储能力。我们所采用的是对PAN纳米纤维及其复合后的纳米纤维进行后续退火处理，以得到具备储能性能的产物。