循 环伏安特性测试采用三电极体系,包括工作电极(研究电极)、参比电极和辅助电 极(对电极)。 循环伏安法得到的循环伏安曲线(I.E线,如图2.1所示)形状与电位扫描速度 有关。在循环伏安曲线的某些电位区间会出现波峰,峰值的出现,表明在电位区 间进行着某电化学反应或表面吸脱附过程。峰值的定性解释是:电位扫描时,随 电极电位的增加电极反应速度逐渐加大,极化电流逐渐上升。但是随着电位的变 化,电极表面附近反应物的浓度迅速下降,反应物向电极表面的扩散速度随时间 减慢。当电极电位继续上升时,由于电极附近反应物的缺乏,流过的电流逐渐下 降。未达到最高点时,由于浓度下降而减小电流的因素尚不大,电流仍随电位的 增加而上升到达最高点以后,浓差极化成为主要,电化学极化退居次要,此时电 流随着电位的增加反而下降,因此出现了峰值。峰值的出现,表明在电位区间进 行着某电化学反应或表面吸脱附过程。峰值利用循环伏安曲线,可以判断电极材 料是否有电容性能【39J。 对于超级电容器而言,具有电容性能的电极材料,其循环伏安曲线为接近于 矩形。利用循环伏安曲线,还可以直观的看到电极材料发生氧化还原反应的位置 以及对材料可逆性的判断。 利用循环伏安图,还可以算出电极的容量。根据公式: 其中,i是电流,坦是电量的微分,出是时间的微分,d缈是电位的微分,C是电容量。 当扫描速度一定时,电极上通过的电流(i)和电极的容量(C)是成正比例 关系的。也就是说给定一个电极,通过对这个电极在一定的扫速下进行循环伏安 测试,研究曲线纵坐标上电流的变化,就可以计算出电极的容量。然后按照电极 上活性物质的质量,就可以求出这种电极的比容量: 12 第二章实验部分 m(dcp/dt)其中,C是比容量, (2.2) 加是电极上活性物质的质量,d口o/dt是扫描速度。 图2-1循环伏安曲线 Fig.2 1CyclicvoltammetricCUrVeS 2.2.4恒电流充放电法 恒电流充放电法是研究电容器的电化学性能及使用寿命的最常用方法。它的 基本原理为:使处于特定充/放电状态下的被测电极在恒电流条件下放电,同时 考察其电位随时间的变化。 对于超级电容器,采用恒定电流进行充放电时,如果电容量为恒定值,那么 dV/dt将会是常数,即电位随时间是线性变化关系,即理想电容器的恒流充放电 曲线是一个直线。 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,计算公式如 其中,乙为放电时间,m是电极上活性物质的质量。AV为放电电压降低的平均值。可用一下公式计算: AV:上f融(2.4) t2一tl 能量密度是衡量电容器性质的另一个重要指标我们可以根据下式计算电容器的能量密度E。 (2-5)