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1、 超级电容器电极的性能测试 超级电容器的主要技术指标有比容量 充放电速率 循环寿命等 实验采用CHI760电化学工作站 包括循环伏安法 恒电流电位法等 考察不同方法处理后电极的电化学性能 电化学体系三电极介绍 电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出 电极是实施电极反应的场所 电化学体系 二电极体系 三电极体系 三电极两回路 三电极组成两个回路 研究电极和参比电极 构成一个不通或基本少通电的体系 利用参比电极电位的稳定性来测量工作电极的电极电位 研究电极和辅助电极 构成一个通电的体系 用来测量工作电极通过的电流 2 循环伏安法 伏安分析法是以被分析溶液中电极的电位 电流行为为基础的一类电化学分
2、析方法 伏安分析法中所加电位称为激励信号 如果电位激励信号为线性电位激励 所获得的电流响应与电位的关系称为线性伏安扫描 如果电位激励信号为三角波激励信号 所获得的电流响应与电位激励信号的关系称为循环伏安扫描 循环伏安法的典型激发信号三角波电位 转换电位为E1V和E2V 循环伏安法一般用于研究电极过程 它是一个十分有用的方法 它能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性 化学反应历程 电活性物质的吸附以及电极有效表面积的计算等许多信息 循环伏安测试超级电容器比容量对于双电层电容器 我们可以用平板电容器模型进行理想等效处理 其电容值为 由公式 dQ idt 可得 然后按照电极上活性物质的质量就可以求算出
3、这种电极材料的比容量 式中 m一电极上活性材料的质量 g 任意电位处的电容 任意电位窗口 V1 V2 内的平均电容 应该从中间红线开始积分 因为那是电流零点 从公式来看 积分区间为V0 V 即正扫或反扫的那一段 如果用origin积分的话 也应该只用其中正扫或反扫的那一段进行积分 也有文献中公式为循环积分 但分母中有个2倍 这样用origin积分时应该用循环的两段进行积分 面积近似为上述公式积分的两倍 但由于除了一个2倍 因而计算结果仍为实际的电容 a 实际循环伏安曲线RC较大 b 理想循环伏安曲线RC较小 在电容器电容不变的情况下 电流随着扫描速度增大而成比例增大 过渡时间RC却不随扫描速度
4、发生变化 所以当以比容量为纵坐标单位时 扫描速度越快曲线偏离矩形就越远 对双电层电容器 CV曲线越接近矩形 说明电容性能越理想 考虑到过渡时间RC的电极材料比容量可用 曲线关于零电流基线基本对称 说明材料在充放电过程中所发生的氧化还原过程基本可逆 当扫描电位方向改变时 电流表现出了快速响应特征 说明电极在充放电过程中动力学可逆性良好 由于界面可能会发生氧化还原反应 实际电容器的CV图总是会略微偏离矩形 对于赝电容型电容器 从循环伏安图中所表现出的氧化还原峰的位置 我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应 扫描速度增加时为何电容值下降 化学 离子的吸附脱附和表面活性面积的减少物理 膨胀和收缩 从恒电流充放电中可以计算出电极材料的比电容 其依据为公式 其中I为充电电流 t为放 充 电时间 V是放 充 电电势差 m是材料质量 3 恒电流充放电测试 对一个非理想电容器 由于存在各种电阻 材料的接触电阻 孔电阻 电解液电阻等等 因此 在不同的电流密度下所得到的电容是不同的
