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超级电容器电极的制备及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。
本实验采用EC500系列电化学工作站三电极法（包括循环伏安法、交流阻抗等），考察不同活化方法处理后电极的电化学性能。
1.循环伏安法1.1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。
一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，循环伏安法通常采用三电极系统。
相应的三个电极为工作电极（研究电极W）、参比电极(R)和辅助电极（对电极C）。
三电极组成两个回路：研究电极和参比电极组成的回路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组成另一个回路构成一个通电的体系，用来测量工作电极通过的电流。
这就是所谓的“三电极两回路”，也就是测试中常用的三电极体系。
利用三电极体系，来同时研究工作电极的电位和电流的关系。
图 1 三电极系统原理图对于三电极测试系统，之所以要有一个参比电极，是因为有些时候工作电极和辅助电极的电极电位在测试过程中都会发生变化，为了确切的知道其中某一个电极的电位（通常是工作电极的电极电位），就必须有一个在测试过程中电极电位恒定且已知的电极作为参比来进行测量，以为研究电极提供一个电位标准。
但是，仅仅使用三电极体系还不够，因为，随着电化学反应的进行，研究电极表面的反应物质的浓度不断减少，电极电位也随之发生或正或负的变化，也就是说随着电化学反应的进行，研究电极的电位会发生变化。
为了使电极电位保持稳定，即将研究电极对参比电极的电位保持在设定的电位上，通常使用恒电位电解装置（恒电位仪），这样，便用了恒电位仪的三电极体系，可以为我们提供用以解释电化学反应的电流—电位曲线，这种测定电流—电位曲线的方法叫做伏安法。
1.2循环伏安法由上所述，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（如错误!未指定书签。
电化学工作站测试超级电容器郑州世瑞思仪器科技有限公司RST5200E电化学工作站提供了许多适合于超级电容器研究的电化学测试方法，如：“恒流限压快速循环充放电”、“微分电容-频率”、“线性扫描循环伏安法“交流阻抗谱”等，可对超级电容器进行深入的研究。
以前，人们大多用“电池循环充放电仪”对超级电容器进行充放电研究。
随着超级电容器应用领域的不断扩展，特别是对快速充放电要求的提高，使得用电池测试仪器研究超级电容器显得力不从心。
对超级电容器实施快速循环充放电，需要设立一个限压换流模块，属于反馈控制。
就是当采集单元检测到超级电容器两端的电压超越限定值后，立即通知驱动单元改变电流方向。
限压换流的过程必须快速，否则就控制不住了。
在 RST5200E 电化学工作站中，限压换流功能由硬件实现，从而确保该反馈控制过程小于1mS。
下表列出了一些电化学测试仪器的指标：下面对RST5200E 电化学工作站中的“恒流限压快速循环充放电”方法进行简单介绍。
1. 超级电容器的连接工作电极引线夹（绿蓝）接超级电容器正极。
参比电极引线夹（白黄）接超级电容器负极；辅助电极引线夹（红）接超级电容器负极。
运行中，请勿断开超级电容器。
2 .软件功能2.1 界面布局左上部为文本框，用于显示运行参数和测量数据。
左下部为操作面板，用于接受操作者的选择。
右边为图形框，用于显示被选中的循环，这些循环属于该曲线的一部分。
2.2 定位显示本方法将测量获得的曲线以充放电循环作为单元显示于图形框中。
通过操作面板，可调整显示参数：起始循环、循环数量。
2.3 数据计算软件自动对显示于图形框中的循环进行统计计算，其结果显示于文本框中，有：充电电量、放电电量、充电能量、放电能量、电容量、等效串联电阻等。
2.4 删除多余的循环在菜单<数据处理>中，设有三个子菜单。
2.4.1 <删除最初一个循环>：通常，由于电容器测试前的初始储能状态不确定，使得第一个循环的充放电不完整，通过该菜单可以删除这个循环。
实验报告题目C,MnO2的电化学电容特性实验姓名许树茂学号***********所在学院化学与环境学院年级专业新能源材料与器件创新班指导教师舒东老师完成时间2012 年 4 月1.【实验目的】1. 了解超级电容器的原理；2. 了解超级电容器的比电容的测试原理及方法；3. 了解超级电容器双电层储能机理的特点；4. 掌握超级电容器电极材料的制备方法；5. 掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。
2. 【实验原理】超级电容器的原理超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。
超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。
尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。
图1 超级电容器的结构图从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。
在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。
表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。
大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。
(1) 双电层超级电容器的工作原理双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。
对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。
当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。
这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。
根据双电层理论,双电层的微分电容约为20µF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。
实验报告超级电容器的制备与性能研究一、实验目的1、了解超级电容器的原理及应用2、掌握超级电容器的制备方法3、学习应用各种电化学方法研究超级电容器的电化学行为。
二、实验原理1、循环伏安测试对于双电层电容器，可以用平板电容器模型进行理想等效处理，根据平板电容容量计算公式：c=εS4πd（1）由上式可知，超级电容器的电容量与双电层的有效面积（S/m2）成正比，与双电层的厚度（d/m）成反比，对于活性炭电极，双电层有效面积与碳电极的比表面积及电极上的载碳量有关，双电层的厚度是受溶液中的离子的影响，因此，电极制备好以后，电解液确定，容量便基本确定了。
利用公式dQ=i d t和C=Q∕φ可得到：i=dQd t =C dφd t（2）因而，如果在电极上加上一个线性变化的电位信号时，得到的电流响应信号将会是一个不变的量，如果给定的电信号是一个三角波信号，电流信号将会是一个正电流信号或者一个负电流信号。
响应信号如图1（b）所示，响应信号在i-φ图中呈一个矩形。
由（2）式可知。
在扫描速度一定的情况下。
电极上通过的电流（i）是和电极容量（C）成正比关系的，也就是说对于一个给定的电极，通过对这个电极在一定扫描速率下进行循环伏安测试，研究电流变化就可以计算出电极的电容，继而进一步求出比电容：Cm=Cm =im dφd t=im V（3）2、恒电流充放电测试对于超级电容器，根据式（2）可知，采用恒电流进行充放电时，如果电容量C为恒电位，那么dφd t将会是一个常数，即电位随时间是线性变化的关系，也就是说理想电容器的恒流充放电曲线是一条直线。
可以利用恒流冲放电曲线来计算电极活性物质的比容量：Cm=i tdmΔV（4）式中，t d是放电时间，ΔV是放电电压降的平均值。
式中的ΔV是可以利用放电曲线进行积分计算而得出：ΔV=1(t1−t2)V d t21(5)实际在计算比容量时，常采用t1和t2时电压的差值作为平均电压降，对于单电极比容量，式（4）中的m为单电极活性物质的质量，若计算的是双电极比容量，m则为两个电极上活性物质的质量总和。
超级电容器电极的制备及性能测试一实验原理超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor）,又称电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC)、黄金电容、法拉电容。
它是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。
是一种利用电极/电解质交界面上的双电层或在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量的电化学元件，是一种介于常规电容器与化学电池二者之间的一种新型储能装置，属新一代绿色能源。
超级电容器C=AKe/d特点：循环使用寿命长，功率密度大，可使用瞬间大电流供电，充放电速度快。
缺点：不能稳定供电，能量密度低。
循环伏安法：循环伏安法(Cyclic V oltammetry)一种常用的电化学研究方法。
该法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。
图1 I-E曲线采用三电极两回路的方法：铂辅助电极，甘汞参比电极，碳工作电极超级电容器性能好坏的判断标准：比容量、充放电速率、循环寿命。
电容C=εA/(3.6πd)=i/v比电容Cm=C/m=i/(mV)式中，ε为介电常数；A为电极面积；d为双电层厚度；I为电流；v为扫描速率0.005V/s；m为电极上活性材料的质量（0.3g）。
二实验内容：1、电极的制备称取0.95 g 活性炭和0.05g 导电炭黑充分混合，过200目筛。
将0.5 mL 10%的聚四氟乙烯乳液（原液为60%）和1.5 mL去离子水混合均匀。
将活性炭和导电炭黑的混合物加入到上述乳液中，搅拌使之混合均匀，打成浆状。
准确称取0.3 g 浆状物均匀涂抹在 1.5 cm×1.5 cm 的泡沫镍上，在100℃烘干30~40 min。
将烘干后的样品用压片机压片，压力保持5 MPa左右。
将压片后的样品放在烘箱中烘干。
2、性能测试（1）电解液的配制30%KOH 溶液作电解质，取35gKOH 固体于100毫升水中，将待测电极浸泡在KOH 溶液中30min 进行预处理。
超级电容器实验报告C,MnO2的电化学电容特性实验姓名许树茂学号 xx4016005所在学院化学与环境学院年级专业新能源材料与器件创新班指导教师舒东老师完成时间xx 年4 月1、【实验目的】1、了解超级电容器的原理；2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法；3、了解超级电容器双电层储能机理的特点；4、掌握超级电容器电极材料的制备方法；5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。
2、【实验原理】超级电容器的原理超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。
超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。
尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。
图1 超级电容器的结构图从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。
在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。
表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。
大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F 之间。
(1)双电层超级电容器的工作原理双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。
对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。
当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。
这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。
根据双电层理论,双电层的微分电容约为20µF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。
超级电容器循环寿命测量超级电容器的循环寿命与众多因素有关，如：电极特性、溶液特性、工作温度、充放电电流、最高充电电压、封装因素、工艺因素等。
用RST5000系列电化学工作站中的“恒流限压快速循环充放电”方法可对超级电容器进行测量，可获得电容量、等效串阻、充放电周期等参数。
如对超级电容器进行长时间测量，则可评估超级电容器的循环寿命。
1. 采集实验数据1.1设定参数主要参数有：充电电流、充电限制电压、放电电流、放电限制电压、采样周期、循环圈数、电压量程。
充电电流及放电电流，应依据超级电容器的额定工作电流设置。
依充放电原理，最大充电电流= 充电限制电压/（2 * 等效串联电阻）在实际应用中，充电电流< 充电限制电压/（4 * 等效串联电阻）否则，充电期太短，甚至充电过程一晃而过。
放电电流可与充电电流相等。
对于二电极体系，充电限制电压不应超过超级电容器的额定工作电压，放电电压可为零。
对于三电极体系，超级电容器工作电极上的电位是相对参比电极电位而言的，因此，应根据该材料对参比电位的特性来设置电位，这种情况下，有可能出现负值，这是正常的。
采样周期可根据经验来设定，也可先测几个循环试试，一般而言，只要每个循环周期包含100个到500个样点就可以了，采样周期≈循环周期/200。
为便于观察，可将采样周期设成某些易读值：如0.1S、1S、2S、10S等。
过多的样点会使存储文件过大，开图变慢。
循环圈数可根据需要设定。
在实验过程中可随时停止。
停止前的曲线数据都有效。
电压量程应大于充电限制电压。
本方法有自动数据备份功能，在菜单<系统设置—自动备份设置>中可设置备份间隔，默认60秒，一般无需调整。
勾选<启用自动备份>，表明已启用自动备份功能。
一旦停过电，可重启电脑、重启软件，这时不要运行新实验，打开菜单<文件—恢复上次实验的自动备份数据>进行数据恢复操作。
数据恢复后，在屏幕上可看到停电前已备份的数据曲线。
