超级电容器电化学测试方法

1、超级电容器电极的性能测试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 2

2、、循环伏安法、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。 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循环伏安测试超级电容器比

3、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： dV dQ C dt dV i dV idt dV dQ C m C C m 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处的电容 任意电位窗口（任意电位窗口（V1V2） 内的平均电容内的平均电容 ）V-V（ idV 12 V V 2 1 C 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

4、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。扫描速度越快曲线偏离矩形就越远。 对双电层电容器，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越接近矩形，说明电容性能越理想 RC m em i C 1 1 考虑到过渡时间

5、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 3、恒电流充放电测试、恒电流充放电测试 V ti V Q C i V R ViRV ti C )( 12 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。 050100150200250 -0