摘 要：能源一直是人類生存和發(fā)展中必不可少的基礎(chǔ)，在世界各國的國民經(jīng)濟發(fā)展中都扮演著重要的角色。而電源作為其中重要的成員，被廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如航空航天高新技術(shù)、軍事領(lǐng)域以及關(guān)系到國民經(jīng)濟發(fā)展的復(fù)雜系統(tǒng)中。伴隨著目前經(jīng)濟的發(fā)展，能源危機、環(huán)境污染的問題凸顯，為了緩解和解決這一問題。尋找高效能、低污染的新能源成為世界性的課題。超級電容以一種高容量、高功率密度、高可靠性的三高能源進入人們的視線。超級電容或與其他形式的能源結(jié)合作為備用電源或者是應(yīng)急電源，或者單獨使用充當峰值功率電源都被廣泛應(yīng)用。目前對超級電容電池儲能器件的研究逐漸成為熱點，筆者對現(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的碳級電容用TRIZ理論進行分析。

關(guān)鍵詞：能源；碳電極超級電容；研究分析

1 碳電極超級電容

超級電容所應(yīng)用的電極材料一般為碳電極材料，碳材料的研究要追溯到二十世紀五十年代Beck發(fā)表有關(guān)碳材料的研究成果，距今已經(jīng)有六十多年的發(fā)展歷史，由于它的來源豐富，品種繁多，以及良好的導(dǎo)電性、抗腐蝕性、密度小等優(yōu)點被大量用于電極材料的研究，目前有很多已經(jīng)成功轉(zhuǎn)型為工業(yè)化的產(chǎn)品。常用的炭材料來源有：活性炭、炭氣凝膠、碳納米管、石墨烯、碳纖維、有機物的碳化物等類型研究的比較多，其中碳納米管類的中孔、微孔炭材料是目前研究比較熱門的新型炭材料。

眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會出現(xiàn)符號相反的過剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時插入兩個電極，并在其間施加一個小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時電解液中的正、負離子在電場的作用下會迅速向兩極運動，并分別在兩電極的表面上形成緊密的電荷層，即雙電層它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，緊密的雙電層近似于平板電容器，但是由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多，因而具有比普通電容器更大的容量。

根據(jù)雙層理論的描述，炭材料存儲能量主要是依靠儲存在電極/電解液界面的雙電子層，它的實際比電容和電極材料的導(dǎo)電性、比面積、潤濕性、孔隙率分布、活化溫度等因素有關(guān)，除了這些影響因素之外還與電極所處的電解質(zhì)環(huán)境有關(guān)。由于影響因素太多，這導(dǎo)致了應(yīng)用碳材料的超級電容有內(nèi)阻較大，導(dǎo)電性較差，并且比容量相對較低等缺點。

2 TRIZ原理對超級電容的改進

TRIZ是“發(fā)明問題解決理論（Theory of Inventive Problem Solving）”的俄文單詞的縮寫，它已經(jīng)是具有普遍適用性的一套可以發(fā)現(xiàn)問題并能找到解決方案的發(fā)明理論[8]。以技術(shù)系統(tǒng)進化法則作為理論基礎(chǔ)，把技術(shù)系統(tǒng)和技術(shù)過程、存在于技術(shù)系統(tǒng)和技術(shù)過程中的矛盾、解決矛盾所需的資源、最終理想化解決問題的方向為四大基本概念，包含了解決工程和其他復(fù)雜問題所需的一系列分析和算法。

利用TRIZ理論進行不斷創(chuàng)新設(shè)計，主要就是發(fā)現(xiàn)并不斷解決技術(shù)系統(tǒng)中在優(yōu)化設(shè)計過程中存在的矛盾問題。技術(shù)系統(tǒng)的不斷進化就是對在不斷解決矛盾問題的過程中實現(xiàn)的。

根據(jù)以上文章中提到我們認為以碳作為電極的超級電容主要存在能量損耗的問題（因為碳電極內(nèi)阻較大）我們對該參數(shù)進行改良時發(fā)現(xiàn)可能惡化的參數(shù)是速度，我們用TRIZ原理中的阿奇舒勒矛盾矩陣表解決該問題，其過程如下；改善的參數(shù)為能量損耗，惡化的參數(shù)為速度。由矛盾矩陣表查到發(fā)明原理為：

（16）未達到或過度作用。如果期望難以100%的實現(xiàn)時，則應(yīng)部分達到或超越理想效果，大大簡化問題。（35）相變。改變物體的物理狀態(tài)或者改變濃度、密度、靈活度、溫度、體積。（38）加速氧化原理。加速物質(zhì)的氧化速度。

根據(jù)以上幾個發(fā)明原理我們改良后的電極應(yīng)有以下幾個特點：（1）電阻??； （2）狀態(tài)可變性大；（3）易被氧化還原。

根據(jù)以上所得出的改進參數(shù)結(jié)合焦點客體法（焦點客體法：為了克服與研究客體有關(guān)的心理慣性，將研究客體與各種偶然客體建立聯(lián)想關(guān)系。）

筆者查閱相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)自從二十世紀七十年代科學發(fā)現(xiàn)聚乙炔的導(dǎo)電性以來，導(dǎo)電高分子聚合物也稱為導(dǎo)電塑料的研究進入到了一個白熱化的時代。Macdiarmid 等對聚苯胺做了較為系統(tǒng)的研究。相對于其它共軛高分子而言，聚苯胺原料易得、合成簡單、具有較高的導(dǎo)電性和潛在的溶液、熔融加工可能性，同時還有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，作為導(dǎo)電聚合物材料的明顯代表，聚苯胺由于它的易于聚合、易摻雜、低密度、低成本、高電容的優(yōu)越性能多應(yīng)用于超級電容器中的電極材料。理論上講摻雜度在 0.5 的聚苯胺的最大工作電壓為 0.7V，在此條件下它的理論比電容為 750F/g，在同類型的有機聚合物的研究中算是最高的。

3 結(jié)束語

通過TRIZ理論的數(shù)據(jù)分析，我們得出應(yīng)用聚苯胺作為電極材料的超級電容可能會有廣闊的市場前景。

作者簡介：蓋紅輝（1976-）女，漢族，遼寧營口人，講師，碩士研究生，從事化學教學工作，從事基礎(chǔ)化學的研究工作。