电化学测试及比电容的计算.doc

超级电容器的两个比电容计算公式？ 作者: Azrael-218 (站内联系TA) 发布: 2011-07-23 C=4it/amu(i:放电电流；t:放电时间；a:实际有用的电极材料百分含量；m:电极材料总质量；u:扣除电压降的那部分电压。另外一个公式：C=it/amu.这两个公式区别就是少乘一个4。这是什么情况啊？请各位虫友帮忙。谢谢了！ 举报删除此信息 liucheng200883 (站内联系TA) 对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍，质量也是两倍所以比容量只有1/4个人愚见！仅供参考！ shang_qing (站内联系TA) 帖子真精彩!已经收录到淘贴专辑 超级电容器 杨仁立 (站内联系TA) 626857楼 : Originally posted by liucheng200883 at 2011-07-23 22:34:33对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍 . 我还是没弄懂这个是怎么回事？是前边是后边的四倍还是后边是前边的四倍呢？请不吝赐教！:P li_qqiong (站内联系TA) 楼主，这两个公式针对的电极体系是不一样的，有4倍的关系，有4的那个是利用3电极体系测出来数据计算的，另外一个是2电极体系的，也即是：Cspec-3E=4*Cspec-2E,请参考：Studies of activated carbons used in double-layer capacitors. wuanri (站内联系TA) 2楼 : Originally posted by liucheng200883 at 2011-07-23 22:34:33对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍 . 为什么全电容的电压是半电容电压的两倍？我觉得不对吧。原因应该是全电容与单电极是半数关系，C总=C单*1/2；但以全部质量计算出比电容量则是Cs总=C总/2m=C单/4m=Cs单*1/4；所以全电容比电容是三电极测试的半电容的四分之一，但只是理论，实际上是有相差的。通过CV图 与放电曲线 计算的比容差别很大，什么原因？循环伏安变化的是电压，而响应的电流是随时间变化的;而充放电通常在恒电流下进行的，电压随之变化。因此，材料得失电子的速率不同，这是电极动力学的问题。举个例子，你根据放电时间算的话，假设你沉积的活性物质重量是1mg，你的充放电电流大小为1mA，那么你的放电电流密度就是1A g-1，算成面积（假设沉积面积是2cm2）就是0.5mA cm-2，但如果你用积分做的话，换算成电流密度，很可能不是1A g-1或0.5mA cm-2，所以二者根本不具有可比性。一般是按照充放电曲线来算的，最好不要用积分曲线来算。循环伏安cyclic voltammetry (CV)由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息 Voltage window（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。Specific capacitance （比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算）Cycle life （超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性）测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。恒电流充放电galvanostaticchargedischarge (GCD)由GCD测试曲线，一般可以得到以下几方面的信息：the change of specific capacitance（比电容的变化可以从有限多次的恒电流充放电中体现，直观的就是每次充放电曲线的放电时间的变化）degree of reversibility(由充放电曲线的对称也可以中看出电极材料充放电的可逆性)Cycle life（循环寿命，换句话也就是随着充放电次数的增多，电极材料比电容的保持率）恒电流充放电测试过程中比较重要的测试参数有电流密度，还有充放电反转的电位值。电流密度可以设置为电流/电极面积，也可以设置为电流/活性物质质量。我在测试的过程中一般依据活性物质的质量设置为XXmA/mg。充放电反转的电位值可以依据循环伏安的电位窗口，可以设置为该区间或者小于该区间。交流阻抗electrochemicalimpedance spectroscopy (EIS)由交流阻抗曲线可以看出体系随着频率改变的变化趋势，得出测试体系某个状态下的包括溶液电阻、扩散阻抗的情况，可以通过测试交流阻抗对测试的未知体系进行电化学元件模拟。关于交流阻抗，谈谈频率和体系元件的响应关系，总的来说，交流阻抗之所以能得到诸多信息，关键在于不同器件本身对于频率的相应不同。Nyquist图中最先响应的总是纯电阻，然后是电容和电化学反应，最后是扩散过程。纯电阻，在电场建立的同时即可响应。交流阻抗的测试过程中会出现两个图：Nyquist图和Bode图，Nyquist图反应的是随着频率的变化虚轴的阻抗值和实轴的阻抗值的变化，Bode图反应的是阻抗的模值随着频率的变化以及相位角随频率的变化。交流阻抗测试过程中比较重要的设置参数有：交流幅值以及频率范围。交流幅值对于超级电容器一般会选择5mV，频率一般会选择100kHz-10mHz，当然也会有不同体系不同对待，很多文献中会选择测试到0.1Hz就停止了，这样来说根本没有测试低频区体系真正的性能测试就已经停止了。真正反映测试体系的电容性能，漏电性的低频区的直线很重要。当然如果测试的截止频率太低，则此时反映的不仅仅是此状态下的扩散过程了，因为太长的变化周期可能会造成测试体系状态的改变。关于交流阻抗的模拟，我一般用的是Zview软件。关于该软件的使用方法，小木虫上有很多相关的使用说明书。模拟时电化学元件的选择和等效电路的建立都要和自己的测试体系联系起来，不要为了拟合的精确性无截止的选择电化学元件。这样会给测试体系的合理解释带来很大的麻烦。同样这样做也歪曲了交流阻抗测试的初衷。敲这么多字的真心累啊，大家多多说说自己