电化学工作站测试超级电容器实验
缩减讲稿超级电容器电极的制备及性能测试
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
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。
超级电容器电化学测试方法_图文
循环伏安法的典型激发信号 三角波电位，转换电位为E1V和E2V
循环伏安法一般用于研究电极过程，它是一个十分有用的方 法。它能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应 历程，电活性物质的吸附以及电极有效表面积的计算等许多 信息。
＊扫描速度增加时为何电容值下降？ 化学 – 离子的吸附脱附和表面活性面积的减少 物理 –膨胀和收缩
(a)实际循环伏安曲线RC较大(b)理想循环伏安曲线RC较小
考虑到过渡时间RC的电极材料比容量可用
＊在电容器电容不变的情况下，电流随着扫描 速度增大而成比例增大，过渡时间RC却不随 扫描速度发生变化，所以当以比容量为纵坐标 单位时，扫描速度越快曲线偏离矩形就越远。
对双电层电容器，CV曲线越接近矩形，说明电容性能越理想
曲线关于零电流基线基本对称，说明材料在充放电过程中所发 生的氧化还原过程基本可逆。
当扫描电位方向改变时，电流表现出了快速响应特征，说明 电极在充放电过程中动力学可逆性良好。
由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的CV图总是会 略微偏离矩形。对于赝电容型电容器，从循环伏安图中所表现出的 氧化还原峰的位置，我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应
超级电容器电化学测试方法_图文.ppt
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。
实验采用CHI760电化学工作站（包括循环伏 安法、恒电流电位法等），考察不同方法处理 后电极的电化学性能。
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。
超级电容器实验报告
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。
超级电容器的制备与电化学性能的研究
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
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
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。
电化学工作站测试超级电容器实验10.0汇总
漏电时间常数很大（十几天以上），-3dB特征频率小于1μHz。
因此，漏电阻更多表现出其直流特性，需用直流方法测量。
16
10F超级电容器 溶液电阻 高频电容 高频电阻
17
10F超级电容器 溶液电阻 高频电容 高频电阻
溶液电阻+极板电阻 Rs = 0.04331 Ω
高频电容 Q1 = 0.008586 n1 = 0.8288
4
测试超级电容器参数
❖ 材料特性 ❖ 电容量频率 ❖ 电容量及等效串联电阻 ❖ 漏电流与自放电 ❖ 溶液电阻、高频电容、高频电阻
5
1F超级电容器材料特性
电化学方法：循环伏安法
定性分析： 材料纯度 法拉第反应 充放电速度 电容量压变特性
6
10F超级电容器材料特性
电化学方法：循环伏安法
13F
8F
10F
当减小到该电容标 称值的20%时，认 为寿命终结。
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8F超级电容器漏电流特性
电化学方法：恒电位电解I-t曲线 单电位阶跃计时电流法
从曲线数据中 直接读取漏电流IL
10小时 60μA 24小时 21μA
漏电阻
RL = U / IL = 2.5 / 21E-6 = 119kΩ
漏电时间常数
τL = RL * C
高频电阻 R1 = 0.5565Ω
等效串阻 ≈ Rs + R1 = 0.59981Ω
Q = 4.575 n = 0.8408 R = 2.847E15Ω
18
四线制测量架构确保精确测量
超级电容器的充放电电流达到安培量级。 电流线上的电压降会达到几百mV或更大， 采用四线制测量架构后，该电压降被去除。
19
有效的保护体系
测量超级电容器循环寿命
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。
电化学工作站研究超级电容及其应用
C
1 2 f Z
"
式(5)
"
其中，f：频率； Z ：阻抗的虚部。Cs 被定义为 C/S，其中 C 为电容，S 为电极 表面积。 随着频率的降低， Cs 从 240 增加到 325μF·cm-2。 120Hz 时电容为 397μF， 电阻为 3.4Ω， RC 为 1.35ms。 如此短的 RC 时间常数表明 ErGO-DLC 可用于 120Hz 过滤。 另外， 120Hz 时 Cs 为 283μF·cm-2， 是基于石墨烯纳米片的 DLC 的 3.2 倍。 结果表明，Cs 主要作用于 ErGO-DLC 电极的离子穿插。图 7(d)是电容的实部和 虚部随频率的变化。小的弛豫时间常数(τ0)导致了快速离子扩散。τ0 是效率超过 50%的设备释放能量的最小时间。ErGO-DLC 的 τ0 为 238μs，这比其他类型的 DLC 时间都要短。
。电流从 150~600 mA· g-1，67%的电容或 42.8 F· g-1 可被维持。E 和 P 可通过式
(7)和(8)来计算：
1 2Cm E P t E
1
V
2 2
V 1
2
式(7) 式(8)
由图 10(c)可以明确看出， PbO2/AC 混合超级电容器的高性能。 比功率为 152W· kg，E 为 27.3 W· kg-1，P 为 691 W· kg-1，特定功率能保持在 18.4 W· kg-1。PbO2 沉
2 超级电容器的定义及特点
2.1 定义 超级电容器(Super capacitors)，又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors)，双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)。是从上世纪七、 八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统 的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要 依靠双电层和氧化还原电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反 应，这种储能过程是可逆的，也正如此超级电容器可以反复充放电数十万次。 图 1 是超级电容的原理图[1]，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都 是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
用电化学工作站测试超级电容器
用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。
超级电容器材料电化学电容特性测试
华南师范大学实验报告学生姓名学号专业年级、班级课程名称电化学实验____________实验项目超级电容器材料电化学电容特性测试_实验类型✉验证✉设计✉综合实验时间实验指导老师实验评分 __________________________________一、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。
二、实验原理1、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。
超级电容器实验报告
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 005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。
超级电容器试验方法
KAMCA P 超级电容器的试验方法及设备一、范围规定了KA M CAP 超级电容器的主要实验方法，并推荐相关的试验设备。
二、依据标准IEC 62391-1《Fixed elect r ic doubl e -layer capac i tors for use in elect r onic equip m ent – Part 1:Gener i c speci f icat i on 》 Q/KMNY001-2006《电化学电容器》 二、试验方法 2.1 容量cap a cita n ce2.1.1 恒流放电方法c ons t ant curre n t disch a rge metho d 2.1.1.1 测量电路图1 – 恒流放电方法电路2.1.1.2 测量方法m e asur i ng metho d◎ 恒流/恒压源的直流电压设定为额定电压（U R ）。
◎ 设定表2中规定的恒电流放电装置的恒定电流值。
◎ 将开关S 切换到直流电源，除非分立标准中另有规定，在恒流/恒压源达到额定电压后恒压充电30min 。
◎ 在充电30m in 结束后，将开关S 变换到恒流放电装置，以恒定电流进行放电。
图2 电容器的端电压特性 ◎ 测量电容器两端电压从U 1到U2的时间t1和t2，如图2所示，根据下列等式计算电容量值：恒流/恒压源恒流放电装置直流电流表 直流电压表 转换开关 待测电容电压（V ）其中C 容量（F ）；I 放电电流（A ）； U1 测量初始电压（V ）； U2 测量终止电压（V ）；t1 放电初始到电压达到U 1（s ）的时间； t2放电初始到电压达到U 2（s ）的时间。
放电电流I 及放电电压下降的电压U 1和U2参见表2。
电化学工作站的使用方法
电化学工作站的使用方法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。
超级电容器实验报告
超级电容器实验报告一、实验目的1.了解超级电容器的原理和特点。
2.掌握超级电容器的工作原理和性能测试方法。
3.研究超级电容器的放电特性，并分析其影响因素。
二、实验仪器和设备1.超级电容器：包括正负极电极、隔膜等组件。
2.直流电源：提供电容器充电所需的电压。
3.电压表：用于测量电容器充电和放电的电压。
4.电流表：用于测量电容器放电时的电流。
5.放电电阻：用于限制电容器放电时的电流，防止短路。
三、实验步骤和内容1.连接实验电路：将超级电容器的正负极分别连接到直流电源的正负极，并通过电压表和电流表测量电容器的电压和电流。
2.充电实验：通过直流电源给超级电容器充电，记录电容器的电压随时间的变化曲线。
3.放电实验：将超级电容器的正负极短接，并通过放电电阻控制放电电流的大小，记录电容器的电压随时间的变化曲线。
四、实验结果和分析1.充电实验结果：从充电实验曲线可以看出，电容器的电压随时间呈线性增长，并且充电速度较快。
当电容器电压达到直流电源电压时，电容器即可达到最大充电状态。
2.放电实验结果：从放电实验曲线可以看出，电容器的电压随时间呈指数衰减，并且放电速度较快。
超级电容器的放电过程可以持续较长时间，并且输出的电能较大。
3.影响因素分析：(1)电容器的电容量大小：电容器的电容量决定了其储存和放出电能的能力。
电容量越大，储存和输出的电能也就越大。
(2)电容器的内阻：内阻越小，电容器的充电和放电速度越快。
较低的内阻可以提高超级电容器的储存和输出效率。
(3)放电电阻的大小：放电电阻的大小决定了放电电流的大小。
过大的放电电阻会限制电容器的放电速度，过小的放电电阻会导致电容器电流过大而短路。
五、实验总结通过本次实验，我对超级电容器的工作原理和特点有了更深入的了解。
超级电容器具有充电速度快，输出电能大的特点，具有很大的应用潜力。
下一步，我将进一步研究超级电容器的制作和使用方法，以及探索其在节能环保、储能等领域的应用前景。
超级电容器电化学测试方法
超级电容器电化学测试方法武汉科思特仪器有限公司超级电容器 (Suepercapacitor)是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
超级电容器用途广泛。
用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车此外还可用于其他机电设备的储能能源。
用于超级电容器电极的材料有各种碳材料，金属氧化物和导电聚合物[1-4]，尤其是导电聚合物，自从1970年导电聚乙炔薄膜被成功合成出来后，科学家对导电聚合物就产生了浓厚的兴趣。
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。
而CS350系列电化学工作站专门为超级电容器的性能评价设计了恒电流充放电测试方法，可以非常方便地评估电容器的循环寿命。
下面逐一介绍基于CS350工作站的超级电容器性能评价方法。
1. 循环伏安测试:基于CV 曲线的电容器容量计算，可以根据公式（1）计算。
q t C i i /V V∆===ν∆∆(ν为扫速，单位V/s) （1） 从式（1）来看，对于一个电容器来说，在一定的扫速ν下做CV 测试。
充电状态下，通过电容器的电流i 是一个恒定的正值，而放电状态下的电流则为一个恒定的负值。
这样，在CV 图上就表现为一个理想的矩形。
由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的CV 图总是会略微偏离矩形。
因此，CV 曲线的形状可以反映所制备材料的电容性能。
对双电层电容器，CV 曲线越接近矩形，说明电容性能越理想；而对于赝电容型电容器，从循环伏安图中所表现出的氧化还原峰的位置，我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应。
CV 测试步骤：从corrtest 软件中选择“测试方法”→“循环伏安”→“线性循环伏安”1.1. 参数设置：系统默认是从高电位扫向低电位，例如在-0.4V~ 0.6V的电压范围内，正向扫描：高电位设为0.6V（相对参比电极），低电位设为-0.4V（相对参比电极），反向扫描，高电位设为-0.4V（相对参比电极），低电位设为0.6V（相对参比电极）。
超级电容器实验报告
超级电容器实验报告超级电容器实验报告引言：超级电容器作为一种新兴的储能设备，具有高能量密度、快速充放电速度和长寿命等优点，被广泛应用于电动汽车、可再生能源储存等领域。
本次实验旨在探究超级电容器的基本原理、性能测试以及其在实际应用中的潜力。
一、超级电容器的基本原理超级电容器是一种能够以电场储存能量的电子元件。
它由两个电极和介质组成，电极通常采用活性炭或金属氧化物材料，介质则是电解质溶液。
当外加电压施加在电容器上时，正负电荷在两个电极上分别积累，形成电场，从而实现能量储存。
二、超级电容器的性能测试1. 电容量测试电容量是评估超级电容器性能的重要指标之一。
我们使用恒流充放电法进行测试，首先将超级电容器充电至一定电压，然后通过测量放电电流和时间来计算电容量。
实验结果显示，超级电容器的电容量较大，远远超过传统电容器。
2. 充放电速度测试超级电容器的充放电速度是其重要特性之一。
我们通过实验测量超级电容器在不同电压下的充放电时间，发现其充放电速度极快，远远快于传统电池。
这使得超级电容器在需求高能量瞬间释放的应用中具有巨大优势。
3. 循环寿命测试超级电容器的循环寿命是评估其使用寿命的指标之一。
我们将超级电容器进行多次充放电循环测试，结果显示其循环寿命较长，能够承受大量的充放电循环，这使得超级电容器在需要频繁充放电的场景下具备优势。
三、超级电容器的实际应用潜力1. 电动汽车超级电容器的高能量密度和快速充放电速度使其成为电动汽车领域的理想储能设备。
与传统锂电池相比，超级电容器能够实现快速充电，并在短时间内释放大量能量，提供更好的动力输出和续航能力。
2. 可再生能源储存超级电容器也可以用于可再生能源储存领域，如太阳能和风能储存。
通过将超级电容器与太阳能电池板或风力发电机相结合，可以实现能量的高效储存和快速释放，解决可再生能源波动性的问题。
3. 家电和移动设备超级电容器在家电和移动设备中的应用也具有潜力。
由于其快速充放电速度，超级电容器可以为电视、冰箱等家电设备提供瞬间的高能量需求，同时也可以为移动设备提供快速充电的功能。
电化学工作站测试超级电容器实验
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有效的保护体系
❖ 硬件过压保护，防止静电高压等传入仪器。 ❖ 硬件过流保护，防止过载损毁仪器。 ❖ 软件限压、限流、限时保护，以及计算机死机
断链保护，有效防止测量高能被测体系的超越 极限状况。
sfsf
20
sfsf
3
新功能：恒流限压快速循环充放电
指标 仪器
普通电化学工作站 普通电池循环充放电仪 高档电池循环充放电仪 RST5200F电化学工作站
循环 充放电 功能
无
有
有
有（快速）
循环 次数
1000次 1000次 10000次
限压 换流 时间
-
1S
0.1S
0.001S
最小 充放电 周期
-
100S
10S
0.1S
Q = 0.02682 n = 0.4717 R = 8.801E10 Ω
漏电时间常数很大（十几天以上），-3dB特征频率小于1μHz。
sfsf 因此，漏电阻更多表现出其直流特性，需用直流方法测量。
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10F超级电容器 溶液电阻 高频电容 高频电阻
sfsf
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10F超级电容器 溶液电阻 高频电容 高频电阻
单位电容漏电流
sfsf
IL
=
du/dt
=
2.825
μA/F
(约10天) 15
0.47F超级电容器 溶液电阻 高频电容 高频电阻
电化学方法：交流阻抗谱
溶液电阻+极板电阻 Rs = 22.4 Ω
高频电容
Q1 = 2.049E-6 n1 = 0.7873 高频电阻
R1 = 22.12Ω
等效串阻≈ R1 + R1 = 44.52Ω
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8F超级电容器电容量及等效串联电阻
电流换向时， 等效串联电阻 会引起电压跳 变，从而可测 量等效串联电 阻阻值。
8F超级电容器电容量及等效串联电阻
参数 能量效率(%) 超级电容量(F) 等效串阻(Ω) 时间常数(S)
±2A ±1A ±0.5A ±0.25A
74.58 6.708 0.063 0.42
8F超级电容器漏电流特性
电化学方法：恒电位电解I-t曲线 单电位阶跃计时电流法 从曲线数据中 直接读取漏电流IL 10小时 24小时 60μA 21μA
漏电阻 RL = U / IL = 2.5 / 21E-6 = 119kΩ 漏电时间常数 τL = RL * C = 952kS （约11天）
8F超级电容器自放电特性
83.24 6.733 0.069 0.46
89.36 6.760 0.081 0.55
92.78 6.819 0.089 0.61
增大电流，使等效串阻上的压降比例增加，从而效率降低。
8F超级电容器电容量衰减曲线
电容量随循环次数 的增加而减小，这 种变化是不可逆的。
本实验采用： 8F超级电容器。 经4000个全循环 后衰减量为5%。 当减小到该电容标 称值的20%时，认 为寿命终结。
在RST5000 F型电化学工作站中，新增了该电化学方法。 限压换流功能由硬件实现，确保该反馈控制过程小于1mS。
测试超级电容器参数
材料特性 电容量频率 电容量及等效串联电阻 漏电流与自放电 溶液电阻、高频电容、高频电阻
1F超级电容器材料特性
电化学方法：循环伏安法
定性分析： 材料纯度 法拉第反应 充放电速度 电容量压变特性
10F超级电容器材料特性
电化学方法：循环伏安法 定性分析： 材料纯度 法拉第反应 充放电速度 电容量压变特性
13F 8F 10F
电容量 C = I / (du/dt) 0.2 / 0.02 = 10F
10F 11F
1F超级电容器电容量频率特性
电化学方法：微分电容-频率
由于电容和串联电阻的 分布特性，导致无法用 集中参数描述。 超级电容器的电容量随 频率而变。但在每个确 定的频率下可有确定的 等效电容和等效串联电 阻。 用于低频交流电路时， 可根据该曲线确定频率 适用范围。
0.47F超级电容器 溶液电阻 高频电容 高频电阻
电化学方法：交流阻抗谱
溶液电阻+极板电阻 Rs = 22.4 Ω 高频电容 Q1 = 2.049E-6 n1 = 0.7873 高频电阻 R1 = 22.12Ω 等效串阻≈ R1 + R1 = 44.52Ω Q = 0.02682 n = 0.4717 R = 8.801E10 Ω
8F超级电容器电容量及等效串联电阻
电化学方法：恒流限压快速循环充放电 直读在该充放电速 率下的电容量及等 效串联电阻、统计 充放电电量、充放 电能量、计算效率。
根据电容量随循环 次数（时间）的衰 减变化，可绘制电 容量-循环寿命曲线。
8F超级电容器电容量及等效串联电阻
恒流限压快速循环充放电 实验日期：2013-11-13 实验时间：15:28:26 恒流充电电流(A) = 2. 充电终止电压(V) = 2.5 恒流放电电流(A) = -2. 放电终止电压(V) = 0. 采样周期(S) = 0.1 循环次数(N) = 4097 电压量程(V) = 5.0 曲线样点数 = 624622 统计 充电电量(AH) = 0.004222219 放电电量(AH) =-0.004222219 充电能量(WH) = 0.006232153 放电能量(WH) =-0.004647982 能量效率 = 74.58% 电容量(F) = 6.708213 等效串阻(Ohm) = 0.063 充放电时间常数τc (S) = 0.42
电化学工作站测试超级电容器实验
RST5000F系列电化学工作站
超级电容器实验
仪器型号
电化学方法 64种 45种 定制 电流±0.5A RST5200F RST5100F RST5000F 电流±1A RST5201F RST5101F RST5001F 电流±2A RST5202F RST5102F RST5002F
电化学方法：开路电位E-t曲线 漏电流 IL = C * du/dt = 8 * 2.825E-6 = 22.6 μA
漏电阻 RL = U / IL = 2.50 / 22.6E-6 = 110kΩ
漏电时间常数 τL = RL * C = 880kS (约10天)
单位电容漏电流 IL = du/dt = 2.825 μA/F
漏电时间常数很大（十几天以上），-3dB特征频率小于1μHz。 因此，漏电阻更多表现出其直流特性，需用直流方法测量。
10F超级电容器 溶液电阻 高频电容 高频电阻
10F超级电容器 溶液电阻 高频电容 高频电阻
溶液电阻+极板电阻 Rs = 0.04331 Ω
高频电容 Q1 = 0.008586 n1 = 0.8288 高频电阻 R1 = 0.5565Ω 等效串阻 ≈ Rs + R1 = 0.59981Ω Q = 4.575 n = 0.8408 R = 2.847E15Ω
新功能：恒流限压快速循环充放电
指标 仪器 普通电化学工作站 普通电池循环充放电仪 高档电池循环充放电仪 RST5200F电化学工作站 循环 充放电 功能 无 有 有 有（快速） 循环 次数 1000次 1000次 10000次 限压 换流 时间 1S 0.1S 0.001S 最小 充放电 周期 100S 10S 0.1S
四线制测量架构确保精确测量
超级电容器的充放电电流达到安培量级。 电流线上的电压降会达到几百mV或更大， 采用四线制测量架构后，该电压降被去除。
有效的保护体系
硬件过压保护，防止静电高压等传入仪器。 硬件过流保护，防止过载损毁仪器。 软件限压、限流、限时保护，以及计算机死机 断链保护，有效防止测量高能被测体系的超越 极限状况。