导电聚合物研究进展：面向电动车辆的超级电容系统应用

早在20世纪80年代初，人们就发现了具有金属性的导电聚合物，并导致了电化学聚合物科学在化学和物理学方面以及电子学方面研究的迅速发展。其中最早的导电聚合物材料为聚乙炔，接下来就是对聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩的电化学研究。

上面提到的聚乙炔和三种其他的芳香族化合物的特点是具有大的π共轭轨道，由此导致了这些聚合物具有电子导电性。与该共轭π轨道有关的是直接发生在阳极或阴极界面处通过失去和得到电子而被电化学氧化或还原的能力。化学氧化剂或还原剂也能完成类似的反应，但反应的氧化趋势是相同的，等同于Lewis酸的产生。

聚合物产品具有良好的电子电导率，其典型的数值为1～100 S/cm；聚乙炔的电导率可达到105S/cm。一般将共轭聚合物的导电性与掺杂杂质的本征半导体（如Si和Ge）进行比较，采用术语“p掺杂”和“n掺杂”分别描述电化学氧化或还原的结果。在半导体学科中，掺杂是指实际加入了化学的电子施主或电子受主杂质，从而形成新的导带或价带状态，并减小了能带间隙。而导电聚合物的电化学过程是电化学氧化还原反应，与连续的Lewis酸或Lewis碱的产生步骤有关，因此聚合物分子通过涉及电子得失的电化学Lewis型反应，转变成多重充电结构。(www.xing528.com)

导电聚合物体系提供了一个通过氧化还原电容大量存储电化学能量的途径。因此，导电聚合物与Li嵌入系统或RuO2一样，通过法拉第过程大量存储能量，其电荷存储过程形式上相当于电池类型的行为，但表现出的却是电容器的电性能，即在累积电荷（q）和电极电势（φ）间存在一个函数关系，其导数dq/dφ相当于准电容。但是，由于这些聚合物在其充电态时的类金属性质，能够从形式上证明所开发的电容是双层型的。由于充电和放电关系不包括任何相变，因此其过程是高度可逆的，就像质子嵌入RuO2或Li+进入某些氧化物和硫化物那样。

从价格上看，这种聚合物材料成本比RuO2和IrO2低得多，并且能够产生相当大的比电容。因为导电聚合物本质上是有机化合物和其充放电时周期性地成为氧化态或还原态，因此，大多数情况下，这种聚合物并不具备混合氧化物型电化学电容器的稳定性或循环寿命。然而，目前的研究者已经在导电聚合物膜上获得了退化较小的非常高的循环寿命，并且这种性能适合于许多用途。此外，近年来的研究显示，一些新的聚合物电极材料能够在比聚苯胺和聚吡咯更宽的电势范围内循环。