超級電容器電化學(xué)測試方法

1、超級電容器電極的性能測試超級電容器電極的性能測試 超級電容器的主要技術(shù)指標(biāo)有比容量、 充放電速率、循環(huán)壽命等。 實驗采用CHI760電化學(xué)工作站（包括循環(huán)伏 安法、恒電流電位法等），考察不同方法處理 后電極的電化學(xué)性能。 1.電化學(xué)體系三電極介紹電化學(xué)體系三電極介紹 電化學(xué)體系借助于電極實現(xiàn)電能的輸入或輸出，電極是實施電 極反應(yīng)的場所。 電化學(xué)體系 二電極體系 三電極體系： 三電極兩回路 三電極組成兩個回路： 研究電極和參比電極：構(gòu)成一個不通或基本少 通電的體系，利用參比電極電位的穩(wěn)定性來測量 工作電極的電極電位。 研究電極和輔助電極：構(gòu)成一個通電的體系， 用來測量工作電極通過的電流。 2 2

2、、循環(huán)伏安法、循環(huán)伏安法 伏安分析法是以被分析溶液中電極的電位-電 流行為為基礎(chǔ)的一類電化學(xué)分析方法。 伏安分析法中所加電位稱為激勵信號，如果 電位激勵信號為線性電位激勵，所獲得的電流響應(yīng) 與電位的關(guān)系稱為線性伏安掃描；如果電位激勵信 號為三角波激勵信號，所獲得的電流響應(yīng)與電位激 勵信號的關(guān)系稱為循環(huán)伏安掃描。 循環(huán)伏安法的典型激發(fā)信號 三角波電位，轉(zhuǎn)換電位為E1V和E2V 循環(huán)伏安法一般用于研究電極過程，它是一個十分有用的方 法。它能迅速提供電活性物質(zhì)電極反應(yīng)的可逆性，化學(xué)反應(yīng) 歷程，電活性物質(zhì)的吸附以及電極有效表面積的計算等許多 信息。 循環(huán)伏安測試超級電容器比容量循環(huán)伏安測試超級電容器比

3、容量 對于雙電層電容器，我們可以用平板電容器模型進(jìn)行理想等效處理: 其電容值為： dV dQ C dt dV i dV idt dV dQ C m C C m 由公式：、 dQ=idt可得： 然后按照電極上活性物質(zhì)的質(zhì)量就可以求算出這種 電極材料的比容量。 式中:m一電極上活性材料的質(zhì)量，g 任意電位處的電容任意電位處的電容 任意電位窗口（任意電位窗口（V1V2） 內(nèi)的平均電容內(nèi)的平均電容 ）V-V（ idV 12 V V 2 1 C 應(yīng)該從中間紅線開始積分，因為那是電流零點。從公式來看，積分區(qū)間為V0- V，即正掃或反掃的那一段，如果用origin積分的話，也應(yīng)該只用其中正掃或反掃 的那一段

4、進(jìn)行積分；也有文獻(xiàn)中公式為循環(huán)積分，但分母中有個2倍，這樣用 origin積分時應(yīng)該用循環(huán)的兩段進(jìn)行積分，面積近似為上述公式積分的兩倍，但由 于除了一個2倍，因而計算結(jié)果仍為實際的電容。 (a)實際循環(huán)伏安曲線RC較大(b)理想循環(huán)伏安曲線RC較小 在電容器電容不變的情況下，電流隨著掃描 速度增大而成比例增大，過渡時間RC卻不隨 掃描速度發(fā)生變化，所以當(dāng)以比容量為縱坐標(biāo) 單位時，掃描速度越快曲線偏離矩形就越遠(yuǎn)。掃描速度越快曲線偏離矩形就越遠(yuǎn)。 對雙電層電容器，對雙電層電容器，CV曲線越接近矩形，說明電容性能越理想曲線越接近矩形，說明電容性能越理想 RC m em i C 1 1 考慮到過渡時間

5、RC的電極材料比容量可用 曲線關(guān)于零電流基線基本對稱，說明材料在充放電過程中所發(fā) 生的氧化還原過程基本可逆。 當(dāng)掃描電位方向改變時，電流表現(xiàn)出了快速響應(yīng)特征，說明 電極在充放電過程中動力學(xué)可逆性良好。 由于界面可能會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實際電容器的CV圖總是會 略微偏離矩形。對于贗電容型電容器，從循環(huán)伏安圖中所表現(xiàn)出的 氧化還原峰的位置，我們可以判斷體系中發(fā)生了哪些氧化還原反應(yīng)。 掃描速度增加時為何電容值下降？ 化學(xué) 離子的吸附脫附和表面活性面積的減少 物理 膨脹和收縮 從恒電流充放電中可以計算出電極材料的比電容，其依據(jù)為公式 其中I為充電電流，t為放（充）電時間，V是放（充）電 電勢差，m是材料質(zhì)量。 3 3、恒電流充放電測試、恒電流充放電測試 V ti V Q C i V R ViRV ti C )( 12 Current/A Time/s 對一個非理想電容器，由于存在各種電阻（材料的接 觸電阻，孔電阻，電解液電阻等等），因此，在不同 的電流密度下所得到的電容是不同的。 050100150200250 -0