超级电容器电极材料的三种测试方法

2020-06-28

关于超级电容器电极材料性能测试常用的有伏安、恒电流充放电和交流阻抗三种电化学手段。


伏安cyclic voltammentry ( CV)

由CV曲线,可以直观的知道大致以下三个方面的信息:

1. Voltage window电位窗口

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,电位窗口应该从具体哪个电位到哪个电位,应给和参比电极和测试体系有关,工作站所测试的电位应该是相对于参比电极。

2. Specific capacitance比电容

这是超级电容器的重要参数之一,可以利用三种测试手段计算,一般都是利用恒电流充放曲线来计算。

3. Cycle life循环寿命

这是超级电容器电极材料好坏的另外一个重要参数,因为很棒的电极材料应该是要做到既要有比极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、相同的测试体系下扫描速度越大,计算出的比电容会越小。



恒电流充放电galvanostatic charge-discharge(GCD)
由GCD测试曲线,一般可以得到以下几个方面的信息:
1. The change of specific capacitance比电容变化

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变化
2. Cycle life循环寿命
循环寿命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。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electrochemical impedance spectroscopy (EIS)
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,然后是电容化学反应,最后是扩散过程。纯电阻,在电场建立的同时即可相应。交流阻抗的测试过程中会出现两个图:Nyquist图和Bode图,Nyquist图反应是随着频率变化虚轴的阻抗值和实轴的阻抗值变化,Bode图反应阻抗的模值随着频率的变化以及相应位角随频率的变化。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。


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