電解液對(duì)超級(jí)電容器電化學(xué)性能影響的研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種高效的儲(chǔ)能元件，性能介于傳統(tǒng)電容器和化學(xué)電池之間。影響超級(jí)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(dǎo)電聚合物材料。碳材料在超級(jí)電容器的材料中由于穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉，應(yīng)用最為廣泛；導(dǎo)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(fù)合電極得到了廣泛的關(guān)注，可以用于制備超級(jí)電容器。LiClO4/乙腈在超級(jí)電容器研究中得到了廣泛的關(guān)注，但是市場(chǎng)銷售的鋰離子電解液對(duì)超級(jí)

2、電容器的影響不同，這對(duì)于超級(jí)電容器的實(shí)際應(yīng)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(duì)電極材料進(jìn)行表征與測(cè)試，并利用恒流充放電討論了兩種電解液對(duì)超級(jí)電容器的電化學(xué)性能的影響。全文主要內(nèi)容概括如下：
　　（1）活性炭電極與聚苯胺/活性炭電極的制備與性能測(cè)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(fù)合

3、電極。然后用 SEM、CV、充放電和EIS對(duì)兩種電極進(jìn)行表征與測(cè)試。結(jié)果表明，當(dāng)電流密度為3 mA·cm-2時(shí)，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(fù)合電極在3mA·cm-2的電流密度時(shí)，比電容為340.4 F·g-1，明顯高于活性炭電極，這是因?yàn)榫郾桨吩诔浞烹娺^(guò)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(yīng)產(chǎn)生的贗電容起到了增加比電容的作用。經(jīng)過(guò)1000次充放電循環(huán)，比電容

4、降至首次循環(huán)的70%。
　?。?）電解液對(duì)對(duì)稱超級(jí)電容器電化學(xué)性能影響的研究
　　分別組裝電解液為L(zhǎng)iClO4/乙腈和市售的NH602鋰離子電解液兩種對(duì)稱超級(jí)電容器。然后利用充放電進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，LiClO4/乙腈電解液對(duì)稱超級(jí)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(chǔ)能特性。3mA·cm-2電流密度充放電，電位窗口為[0~2.7V]時(shí)，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(guò)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(dāng)充放電電位提高至3.0V時(shí)，電化學(xué)性能出現(xiàn)明顯的下降。推斷可能為L(zhǎng)iClO4/乙腈電解液在較高的電位下發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致超級(jí)電容器的性能下降。LiClO4/乙腈電解液不適宜在高電位下進(jìn)行充放電測(cè)試。
　　NH602鋰離子電解液超級(jí)電容器可以在[0~3.5V]的電位窗口順利進(jìn)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(shí)，比電容為60.2 F·g-1，能量密度達(dá)到79.1 Wh·Kg-1，功率密度為1162.0 W·Kg-1。經(jīng)過(guò)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?yàn)镹H602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(guò)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(duì)稱超級(jí)電容器能適用于大功率充放電。
　?。?）電解液對(duì)非對(duì)稱超級(jí)電容器電化學(xué)性能影響的研究
　　分別組裝正極為復(fù)合電極、負(fù)極為活性炭電極的兩種不同電解液的非對(duì)稱超級(jí)電容器，然后對(duì)其進(jìn)行充放電測(cè)試。結(jié)果表明，LiClO4/乙腈電解液非對(duì)稱超級(jí)電容器能在[0~2.7V]的電位窗口順利進(jìn)行充放電測(cè)試，并且性能比較穩(wěn)定。比電容比對(duì)稱超級(jí)電容器約高一倍，這是因?yàn)榉菍?duì)稱超級(jí)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(yīng)產(chǎn)生的贗電容。3mA·cm-2電流密度充放電時(shí)，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(guò)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(jí)電容器電化學(xué)性能不佳。充電曲線在2.5V以上出現(xiàn)拐點(diǎn)，并導(dǎo)致充電時(shí)