公式2-1
——为介电常数
S——电极面积
d——双电层等效厚度
由式(2-1)可知,超级电容器的容量与双电层的有效面积成正比,与双电层厚度成反比,此外,双电层电容还与其电压,电解液浓度等息息相关。根据,电极制备好以后,电解液确定,其双电层比容量便基本确定了。
——电量微分,C
——时间微分,s
——电位微分,V
因而,由上式可知,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恒量。上述公式2-2,在给定的扫描速度下,电极电流正比于CV图形中的电流大小,理想的循环伏安曲线应为矩形,如图2-2所示,这也意着对于一个给定的电极,通过对循环伏安测试,通过图像中的电流以及电压,就可以计算出电极的电容。随后根据称量所得的质量来计算材料的比容量。
图2-2 理想双电层电容循环伏安扫描示意图
其比容量的具体计算公式如下:
公式 2-3
式中: C——电容器的电容量
i——扫描平台电流
v ——扫描速率
——扫描的电压范围
——扫描平台的电压
由上述公式,我们还可发现,当扫描的参数确定后,电容容量与循环曲线包围的面积有关,且面积越大,材料的容量越高。
2.2.3 恒流充放电测试
对于超级电容器,根据公式2可知,采用恒电流进行充放电时,如果电容量C为常熟,那么 也是一个长处,即电位随时间呈线性关系,因此理想电容器的恒流充放电曲线应该是一条直线,如图2-3所示,
图2-3 恒流充放电示意图
这与电池的平台式充放电曲线是不同的。可以利用恒电流充放电曲线来计算电极活性物质的比容量,计算公式如下。
公式2-4
式中: —放电时间, s
——放电电压降低平均值,V
式中的 可以利用放电曲线进行积分计算而得出:
公式2-5
实际在计算比容量时,常采用 和 时电压的差值作为平均电压降。对于单电极比容量。由于有些电极的比电容随着电极电位而变化,因此电极的充放电曲线并不完全是直线,会发生一定的弯曲,这是因为法拉第赝电容存在的缘故,因此也可通过电极的恒电流充放电曲线来判断电极的电容性质。
实验中采用不同大小的充放电电流对电极进行充放电性能测试,研究其功率特性。如果在不同电流密度恒流充放电条件下,电压与时间都保持线性关系且整体的比容量不发生明显的衰减,则表明材料在高倍率条件使用下仍能保持较高的功率密度
图表 2-4 单循恒流环充放电测试图及其电压降示意
但在实际情况中,由于电容器存在一定的内阻,由电子嗲路的致使可知,在充电或放电的瞬间会产生一个阶跃电势,而这电势这反映了材料的内阻,如图10所示。
公式 2-6
式中 :串联等效电阻 :充放电电流 :电位突变
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