電解液對超級電容器電化學性能影響的研究.pdf

1、超級電容器是一種高效的儲能元件，性能介于傳統(tǒng)電容器和化學電池之間。影響超級電容器性能的因素有電極材料、電解液等。電極材料主要包括碳材料、金屬氧化物材料和導電聚合物材料。碳材料在超級電容器的材料中由于穩(wěn)定性好、價格低廉，應用最為廣泛；導電聚苯胺（PANI）由于自身的性能與活性炭（AC）制備成聚苯胺/活性炭復合電極得到了廣泛的關注，可以用于制備超級電容器。LiClO4/乙腈在超級電容器研究中得到了廣泛的關注，但是市場銷售的鋰離子電解液對超級

2、電容器的影響不同，這對于超級電容器的實際應用具有十分重要的意義。本文利用掃描電鏡（SEM）、循環(huán)伏安法（CV）、恒流充放電、交流阻抗法（EIS）對電極材料進行表征與測試，并利用恒流充放電討論了兩種電解液對超級電容器的電化學性能的影響。全文主要內(nèi)容概括如下：
　?。?）活性炭電極與聚苯胺/活性炭電極的制備與性能測試
　　將活性炭、炭黑、聚偏氟乙烯按質(zhì)量比8:1:1的比例制備活性炭電極。利用CV在活性炭電極上沉積聚苯胺制備成復合

3、電極。然后用 SEM、CV、充放電和EIS對兩種電極進行表征與測試。結(jié)果表明，當電流密度為3 mA·cm-2時，活性炭電極比電容為97.4 F·g-1，1000次充放電循環(huán)后，比電容降至首次循環(huán)的90％。而復合電極在3mA·cm-2的電流密度時，比電容為340.4 F·g-1，明顯高于活性炭電極，這是因為聚苯胺在充放電過程中，由于其表面形貌產(chǎn)生的雙電層電容和氧化還原反應產(chǎn)生的贗電容起到了增加比電容的作用。經(jīng)過1000次充放電循環(huán)，比電容

4、降至首次循環(huán)的70%。
　　（2）電解液對對稱超級電容器電化學性能影響的研究
　　分別組裝電解液為LiClO4/乙腈和市售的NH602鋰離子電解液兩種對稱超級電容器。然后利用充放電進行測試。測試結(jié)果表明，LiClO4/乙腈電解液對稱超級電容器在充放電循環(huán)中很穩(wěn)定，表現(xiàn)出了活性炭雙電層儲能特性。3mA·cm-2電流密度充放電，電位窗口為[0~2.7V]時，比電容為52.0 F·g-1，能量密度為50.7Wh·Kg-1，功率密度

5、為905.7W·Kg-1；經(jīng)過1000次充放電循環(huán)，比電容為49.8F·g-1，能量密度和功率密度分別為46.8Wh·Kg-1和897.7 W·Kg-1。當充放電電位提高至3.0V時，電化學性能出現(xiàn)明顯的下降。推斷可能為LiClO4/乙腈電解液在較高的電位下發(fā)生反應，導致超級電容器的性能下降。LiClO4/乙腈電解液不適宜在高電位下進行充放電測試。
　　NH602鋰離子電解液超級電容器可以在[0~3.5V]的電位窗口順利進行充放電

6、，明顯高于LiClO4/乙腈電解液，并能有效提高能量密度和功率密度。3mA·cm-2電流密度充放電時，比電容為60.2 F·g-1，能量密度達到79.1 Wh·Kg-1，功率密度為1162.0 W·Kg-1。經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后，比電容為51.1 F·g-1，能量密度降到56.3 Wh·Kg-1，功率密度為1170.7 W·Kg-1。這是可能是因為NH602鋰離子電解液中的充放電電位較高，可以增大能量密度；鋰離子在充放電過程中能夠

7、快速的吸附與脫附，傳質(zhì)速率快等，所以NH602鋰離子電解液對稱超級電容器能適用于大功率充放電。
　?。?）電解液對非對稱超級電容器電化學性能影響的研究
　　分別組裝正極為復合電極、負極為活性炭電極的兩種不同電解液的非對稱超級電容器，然后對其進行充放電測試。結(jié)果表明，LiClO4/乙腈電解液非對稱超級電容器能在[0~2.7V]的電位窗口順利進行充放電測試，并且性能比較穩(wěn)定。比電容比對稱超級電容器約高一倍，這是因為非對稱超級電容

8、器不僅具有雙電層電容，還具有由于聚苯胺氧化還原反應產(chǎn)生的贗電容。3mA·cm-2電流密度充放電時，比電容為118.0 F·g-1，能量密度為100.0 Wh·Kg-1，功率密度為927.4 W·Kg-1；經(jīng)過1000次充放電循環(huán)，比電容為95.1 F·g-1，能量密度和功率密度分別為67.7Wh·Kg-1和860.3 W·Kg-1。
　　NH602鋰離子電解液非超級電容器電化學性能不佳。充電曲線在2.5V以上出現(xiàn)拐點，并導致充電時