实验二超级电容器的组装及性能测试实验指导书

电子信息材料与元器件专业试验指导书 3试验二超级电容器的组装及性能测试试验名称：超级电容器的组装及性能测试所涉及课程：工程化学打算学时：4学时一、试验目的把握超级电容器的根本原理及特点；把握电极片的制备及电容器的组装；把握电容器的测试方法及充放电过程特点。二、试验原理电容器的分类容器，双电层电容器和法拉第准电容器。双电层电容器和法拉第准电容储存电荷主要是通过电解质离子在电极/溶液界面的聚拢或发生氧化复原反响，它们具有比传统静电电容器大得多的比电容容器。双电层电容器双电层理论由19世纪末Helmhotz等提出。Helmhotz模型认为金属外表上的净电荷将从溶液中吸取局部不规章的安排离子，使它们在电极/溶液界面的溶电层。双电层电容器的根本构成如图1，它是由一对可极化电极和电解液组成。这里极化过程包括两种:〔1〕电荷传递极化〔2〕欧姆电阻极化。中成电中性，这便是双电层电容的充放电原理。〔a〕非充电状态下的电位 〔b〕充电状态下的电位 〔c〕超级电容器的内部构造1双电层电容器工作原理及构造示意图法拉第准电容器(H+OH-)在外加电场的作用下由溶液中集中到电极/溶液界面，而后通过界面的电化学反响：xMO+H+(OH-)+(-)e-→MO(OH) (1)x同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就是法拉第准电容器的充放电机理。不同于二次电池，不同之处为：极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系；当电压与时间呈线性关系dv/dtk时，电容器的充放电电流为恒定值。Idv/dtCk (2)电容量及等效串连内阻的计算平板电容模型，电容量计算公式为：SC4d

(3)C为电容；S为电极板正对面积，等效双电层有效面积m2；d为电容器两极板之间的距离，等效双电层厚度m利用公式dQidt和CQ/得idQ

Cd

(4)dt dt式中，i为电流dQ是电量微分C；dt是时间微分s；d为电位的微分。(4)可知，假设电容量C为恒定值，那么d/dt将会是一个常数，即电位随时间是线性变化的关系。2.3(a)所示。我们可以利用恒流充放电曲线来计算电极活性物质的比容量：itC dm mV

(5)其中t 为充/放电时间(s)；V为充/放电电压上升/降低平均值，可以利用充放电d曲线进展积分计算而得到：V

1t t2

2Vdt (6)1在实际求比电容量时，为了便利计算，常承受t2

和t时的电压差值，即：1VV V2 1

(7)m为单电极上活性物质的质量。假设计算的是电容器的比容量，m则为两个电极上活性物质质量的总和。位的突变2(b)所示。利用这一突变可计算电极或者电容器的等效串联电阻：R/2i (8)R为等效串联电阻〔,i为充放电电流，为电位突变的值电流充放电性能的一个直接指标。〔a〕抱负充放电曲线 〔b〕实际充放电曲线图2恒流充放电曲线电子信息材料与元器件专业试验指导书电子信息材料与元器件专业试验指导书6四、试验〔设计〕仪器设备和药品清单仪器设备：电子天平、真空枯燥箱、Land电池测试系统、压片机、扣式电池封装机、扣式电池钢壳等MnO2KO、泡沫镍、乙炔黑、粘结剂HPMC等。五、试验内容与试验步骤超级电容器电极片的制备2按75:15:10〔wt%〕称取活性物质MnO、导电剂乙炔黑和粘结剂HPMC，参与适量去离子水，调成浆状。2将浆料均匀涂敷于Φ=10mm的泡沫镍上〔已称重。 真空120°C枯燥1h、压片、称重，备用。1所示。活性材料乙炔黑粘结剂泡沫镍调配充分混合均匀剪片称量涂片真空烘干压片电容器极片涂片真空烘干压片电容器极片扣式超级电容器的组装将1中制备好的电极片作为电容器的正负极；正负极之间用隔膜隔离；电解液为3mol·L-1的KOH；用封装机把扣式壳封好；具体组装方法如图2、图3所示。电化学性能检测Land电池测试仪上；测试在室温下进展；5mA，充放电截止电压为0-0.8V；计算电容器的比电容量及内阻。图2 组装扣式电化学电容器的层次图3组装扣式电化学电容器的实物图六、留意事项必需严格依据操作规程进展试验；遵守试验室的规章制度，保持试验室及试验台清洁。七、试验报告要求试验目的；试验内容；试验根