超级电容器结果和讨论.

1 结果和讨论

1.1 容量特性研究

超级电容器的容量的研究,通过测量电容器的循环充放电曲线来确定电容器的稳定性、ESR 、充放电效率和不同电流密度下的比容量,来确定电容器的性能。

1.1.1 电容器的充放电性能

如图3.1为活性炭电容器多周期恒流充放电曲线,充电电流为2.5mA 电流密度为i 有

可以从其中看出,该电容器的充放电曲线具有良好的对称型随时间的变化呈现线性变化,且具有周期性,说明实验样品具有稳定的电容,ESR 。

0200040006000800010000120001400016000

0.00.2

0.4

0.60.8

1.0

电压 (V 时间 (s

图3.1活性炭电容器多周期充放电曲线

1.1.2 电容器的比电容和电流密度之间的关系

称量电极片的质量可知,电极圆片的质量为0.031g ,因此集流体的质量为0.031g ,所以单极圆片上活性物质(活性炭的质量m 0有

将两片电极圆片放在电解质溶液中浸泡,是电极圆片上吸附足够多的电解质溶液后组装成电容器,即在充放电电流为2.47mA ,进行恒流充放电测试,测试

结果如3.1所示,电压从0V 到1.0V 。从图中曲线可以计算出,在2.47mA 恒流循环充放电情况下,单体的比电容为153.8F/g 。在2.47mA 下的电流密度为:

在让该电容器在不同的电流密度下进行恒流充放电,得到图3.2不同电流密度下时的放电曲线。

电压 (V 时间 (S

图3.2活性炭电容器在不同电流密度下的放电曲线

从图3.2可以看出,随着放电电流密度的大幅度增加,电容器的放电曲线仍保证较好的线性,但随着放电电流密度的增加,直线的斜率的绝对值增加,即其活性炭的比电容在减小。如图3.3所示,当电流密度由0.1A/g 增大至0.4A/g 时,活性炭的比电容有155.2F/g 衰减到125.5F/g ,出现了19.1%的衰减。大电流充放电导致活性炭比电容的衰减是因为大电流充放电时,充电速度快,充电很快完成,而且活性炭中孔径较小的微孔由于阻抗较大,时间常数大而来不及完全充电,导致活性炭的比电容减少,而且通过活性炭的平均孔径越小比电容衰减越严重,当电流密度为1.0A/g 时,活性炭电容器直接被击穿,说明电容器直接变导线,没有了储能的作用。但是与氢氧化镍电容器和复合电容器相比,在电流密度在1.0A/g 是仍然没有被击穿,仍具有电容能够进行充放电,说明氢氧化镍电容器和复合电容器比活性炭电容器具有更好地稳定性[21~22]。

比电容 (F /g 电流密度 (A/g

图3.3活性炭的比电容与充放电密度的关系

1.1.3 充放电次数与充放电效率的关系

效率 (%循环次数 (n

图3.4充放电效率与循环次数的关系

图3.4为活性炭电容器的充放电效率与充放电次数的关系。从图中可以看出,第一次充放电时,充放电效率特别低,随着充放电次数的增加,充放电效率逐渐提高,到15次以后,充放电效率已接近100%。首次充放电的充放电效率特别低是因为活性炭制备过程中通常会在表面产生大量的活性官能团,首次充放电时活性官能团发生电化学反应消耗大量的电荷,而这些活性官能团的电化学反应通常是不可逆的,在放电时,不发生电化学逆反应释放电荷,导致充放电效率很低,由于反应的不可逆性,随着充放电的反复进行,活性官能团的数量逐渐减少,充放电效率逐渐提高,知道充放电效率接近100%。