电化学工作站测试超级电容器实验

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。
8F超级电容器漏电流特性
电化学方法：ຫໍສະໝຸດ Baidu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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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。
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