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超级电容器电化学测试方法


Cm
C m
式中:m一电极上活性材料的质量,g
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V0V,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。
对双电层电容器,CV曲线越接近矩形,说明电容性能越理想
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。
电化学体系
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。
(a)实际循环伏安曲线RC较大(b)理想循环伏安曲线RC较小
考虑到过渡时间RC的电极材料比容量可用
Cm
i
1 RC m 1 e
*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。
*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
3、恒电流充放电测试
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
Q it C V V
其中I为充电电流,t为放(充)电时间,Δ V是放(充)电 电势差,m是材料质量。
i t C (V2 iR V1 ) V R i
5 mA cm
-2
50
100
150
200
250
ts
0.80 Oxidation Reduction
2.00E-5
E2
potential vs. Ag/AgCl
0.40
F
1.00E-5
正向扫描
0.00
负向扫描
Curr ent(A)
0.00E+0
-1.00E-5
E1
-0.40
-2.00E-5
A
循环1
40.00 80.00 time(s) 120.00
Current/A
Time/s
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。
0.6 0.4
20 mA cm
-2
E / V vs SCE
0.2 0.0 -0.2 -0.4 0
30 mA cm
-2
10 mA cm
-2
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。
1.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。 二电极体系
K;A
-3.00E-5
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 C dV
任意电位处的电容
dt dQ idt i C dV dV
C

dQ=idt

dV
可得:
任意电位窗口(V1~V2) 内的平均电容
(V2 - V1)

V2
V1
idV
然后按照电极上活性物质的质量就可以求算出这种 电极材料的比容量。
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