超級電容器電化學測試方法PPT課件

1、超級電容器的主要技術(shù)指標有比容量、充放電速率、循環(huán)壽命等。實驗采用CHI760電化學工作站（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性能。第1頁/共16頁1.電化學體系三電極介紹電化學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的場所。電化學體系二電極體系 三電極體系： 三電極兩回路 第2頁/共16頁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。第3頁/共16頁2 2、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

2、流行為為基礎(chǔ)的一類電化學分析方法。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，所獲得的電流響應與電位激勵信號的關(guān)系稱為循環(huán)伏安掃描。第4頁/共16頁循環(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第5頁/共16頁循環(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)電極反應的可逆性，化學反應歷程，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對于雙電層電容器，我們可以用平板電容器模型進行理想等效處理:其電容值為：第6頁/共1

3、6頁dVdQCdtdVidVidtdVdQCmCCm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（idV12VV21C第7頁/共16頁 應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，也應該只用其中正掃或反掃的那一段進行積分；也有文獻中公式為循環(huán)積分，但分母中有個2倍，這樣用origin積分時應該用循環(huán)的兩段進行積分，面積近似為上述公式積

4、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。第8頁/共16頁(a)實際循環(huán)伏安曲線RC較大(b)理想循環(huán)伏安曲線RC較小第9頁/共16頁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，所以當以比容量為縱坐標單位時，掃描速度越快曲線偏離矩形就越遠。 對雙電層電容器，CV曲線越接近矩形，說明電容性能越理想 RCmemiC11考慮到過渡時間RC的電極材料比容量可用第10頁/共16頁曲線關(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。 當掃描電位方向改變時，電流表現(xiàn)出了快速響應特征，說明電極在充放電過程中動力學可

5、逆性良好。 由于界面可能會發(fā)生氧化還原反應，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。第11頁/共16頁掃描速度增加時為何電容值下降？化學 離子的吸附脫附和表面活性面積的減少物理 膨脹和收縮 第12頁/共16頁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VtiVQC第13頁/共16頁iVRViRVtiC)(12Current/ATime/s第14頁/共16頁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。050100150200250-0.4-0.20.00.20.4