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新型的电化学双层电容器电极材料 纳米氧化锆 炭黑 本文摘自ElsevierScience能源期刊作者MahdiNasibi石油技术大学技术检查工程学院伊朗 目录 前言材料与方法结果讨论 前言 双电层电容器又叫超级电容器 是一种新型储能装置 它具有充电时间短 使用寿命长 温度特性好 节约能源和绿色环保等特点 电极是电容器的核心组成部分 其结构 性质对双电层电容器的性能起着决定性的影响 通常 具有较大比表面积且导电性良好的物质都可用作双电层电容器的电极 比如活性炭 炭凝胶 聚合物 金属氧化物等 新型的炭材料及复合材料 增大了电极的比容 提高了双电层电容器的操作电压 改善了快速充放电特性以及自放电特性 提高电容器的稳定性和循环寿命 同时缩小体积 减轻重量 降低生产成本 在本文中 机械压作为一种快速和容易的方法被用来制造纳米氧化锆 碳黑的电极 使用的方法包括循环伏安法 电化学阻抗谱和扫描电子显微镜 该产品被评估为一个可能适用于电化学电容器的候选电极材料 材料与方法 1 化学试剂 纳米氧化锆 聚四氟乙烯 镍箔 乙醇每种混合物中含有的氧化锆 炭黑 CB 的质量比不同 聚四氟乙烯含有10 纳米氧化锆 聚四氟乙烯在乙醇中被混合形成浆糊 然后被挤到镍箔上 用机械压的方法来制造纳米氧化锆 碳黑电极 3 实验方法 循环伏安法 电化学阻抗谱 使用CV和EIS测试电化学氧化锆 CB纳米复合材料的行为特点 CV测试电位范围 0 15 0 55V 扫描率为10 20 30 50和100mv s EIS测量频率范围 100kHz至0 01Hz 使用扫描电子显微镜来研究多孔电极的形态和性质 伏安电阻法 伏安法通过控制电极电势以不同的速率 随时间以三角波形一次或多次反复扫描 电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应 并记录电流 电势曲线 根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度 中间体 相界吸附或新相形成的可能性 以及偶联化学反应的性质等 对于一个新的电化学体系 首选的研究方法往往就是循环伏安法 可称之为 电化学的谱图 电化学阻抗谱 对于一个稳定的线性系统M 如以一个角频率为 的正弦波电信号X 电压或电流 输入该系统 相应的从该系统输出一个角频率为 的正弦波电信号Y 电流或电压 此时电极系统的频响函数G就是电化学阻抗 在一系列不同角频率下测得的一组这种频响函数值就是电极系统的电化学阻抗谱 若在频响函数中只讨论阻抗与导纳 则G总称为阻纳 一般表达式为 结果与讨论 1 氧化钴含量 60 逐渐增加 电极电流峰也会随着变大 可能是比表面积增加造成的 2 氧化诰含量 60 以上 逐渐增加 电极电流峰逐渐减小 可能是电极电阻造成的 1 不同纳米ZrO2含量对电极电流的影响 双层电容电极的电阻变化趋势 发生条件 伴随纳米ZrO2含量增加两个计数器同时发挥作用 增加比表面积和降低电极的导电性 结果 30 60 10这种比值下的电极电容最大 2 30 60 10电极的电解质效应 条件 1 扫描速率 10mV s2 电解质 2molKCl 2molNaNO3 2molKOH 通过比较 阴离子半径较大的电解质会阻碍阳离子的运动 使其很难进入电极表面空隙进行扩散和运动 导致非电容性行为以及单位电容的降低 对比 KCl和NaNO3KCl和KOH 4 30 60 10电极的扫描速率 条件 1 扫描速率 10mV s 20mV s 30mV s 40mV s 50mV s 100mV s2 电解质 2molKCl 扫描速率的增加导致能量的损失 电极表面存储电荷减少 造成电容的下降 3 30 60 10电极的充放电循环 条件 1 扫描速率 10mV s2 电解质 2molKCl 循环伏安法测试30 60 10电极稳定性 充放电循环周期越短 电极在电解液中的浸渍时间短 氧化锆 碳黑电极中大部分微孔表面没有被电解液浸润 循环100周期后 电解液与电极充分接触 部分微孔已经被电解液充分浸湿 电解质离子扩散阻力减小 形成双电容响应时间减小 峰电容下降 电化学阻抗谱法测量电极变化 当循环100周期后 由于电解液的沉积 整个电路中电阻量增加 峰电流减小 电容量也减小 从扫描电子显微镜图 SEM 图中可以看出 电极表面覆盖着均一且薄的纳米颗粒 增加了比表面积和多孔电极 这种多孔表面大大提高了电极的电荷存储和传输能力 总结 电化学测试显示 氧化锆