求助-超级电容

nissa1626

最近单位引入了超级电容，需要我们测试部门，针对相关的参数进行检测

求助有关超级电容，相关的测试方法和资料

已经超级电容的基础性资料

以便研究学习，感谢各位，谢谢~

goodsky

找了些简介绍：


超级电容器电极材料性能测试的三种常用电化学方法

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关于超级电容器电极材料性能测试常用的三种电化学手段，大家一起交流交流自己的经验。我先说说自己的蠢蠢的不成熟的经验。不正确或者不妥的地方欢迎大家指正批评，共同交流。希望大家都把自己的小经验，测试过程中遇到的问题后面如何解决的写出来，共同学习才能共同进步。也希望大家可以真正的做到利用电化学板块解决自己遇到的电化学问题。

循环伏安cyclicvoltammetry(CV)
由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息•Voltagewindow（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。
•Specificcapacitance（比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算）
•Cyclelife（超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性）
测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。
恒电流充放电

galvanostaticcharge–discharge(GCD)
由GCD测试曲线，一般可以得到以下几方面的信息：•thechangeofspecificcapacitance（比电容的变化可以从有限多次的恒电流充放电中体现，直观的就是每次充放电曲线的放电时间的变化）
•degreeofreversibility(由充放电曲线的对称也可以中看出电极材料充放电的可逆性)
•Cyclelife（循环寿命，换句话也就是随着充放电次数的增多，电极材料比电容的保持率）恒电流充放电测试过程中比较重要的测试参数有电流密度，还有充放电反转的电位值。电流密度可以设置为电流/电极面积，也可以设置为电流/活性物质质量。我在测试的过程中一般依据活性物质的质量设置为XXmA/mg。充放电反转的电位值可以依据循环伏安的电位窗口，可以设置为该区间或者小于该区间。
交流阻抗

electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)
由交流阻抗曲线可以看出体系随着频率改变的变化趋势，得出测试体系某个状态下的包括溶液电阻、扩散阻抗的情况，可以通过测试交流阻抗对测试的未知体系进行电化学元件模拟。


关于交流阻抗，谈谈频率和体系元件的响应关系，总的来说，交流阻抗之所以能得到诸多信息，关键在于不同器件本身对于频率的相应不同。Nyquist图中最先响应的总是纯电阻，然后是电容和电化学反应，最后是扩散过程。纯电阻，在电场建立的同时即可响应。交流阻抗的测试过程中会出现两个图：Nyquist图和Bode图，Nyquist图反应的是随着频率的变化虚轴的阻抗值和实轴的阻抗值的变化，Bode图反应的是阻抗的模值随着频率的变化以及相位角随频率的变化。交流阻抗测试过程中比较重要的设置参数有：交流幅值以及频率范围。
交流幅值对于超级电容器一般会选择5mV，频率一般会选择100kHz-10mHz，当然也会有不同体系不同对待，很多文献中会选择测试到0.1Hz就停止了，这样来说根本没有测试低频区体系真正的性能测试就已经停止了。真正反映测试体系的电容性能，漏电性的低频区的直线很重要。当然如果测试的截止频率太低，则此时反映的不仅仅是此状态下的扩散过程了，因为太长的变化周期可能会造成测试体系状态的改变。关于交流阻抗的模拟，我一般用的是Zview软件。关于该软件的使用方法，小木虫上有很多相关的使用说明书。模拟时电化学元件的选择和等效电路的建立都要和自己的测试体系联系起来，不要为了拟合的精确性无截止的选择电化学元件。这样会给测试体系的合理解释带来很大的麻烦。同样这样做也歪曲了交流阻抗测试的初衷。mAh/g是指每克活性物质所能储存的电量=I*t/mF/g是指每克活性物质的电容=I*t/(m*V)如果把电量比作体积，电压比作高度，那么电容就是容器的横截面积。所以两者是通过电压联系起来的，没有一个常数因子.

goodsky

超级电容性能测试方法

容量测量

CapacitanceMeasurement
超级电容表现出显著的“非传导性吸收”储能方式，因此用传统的方法将不能准确地测量出超级电容的容量，比如用实验室常用的LCR表等，测量超级电容的容量将是不准确的。下面我们列出一种超级电容容量的测量方法，这种测量方法是基于RC时间常数计算出来的。
下面的测试电路可以在实验室里很容易建立起来，核心是用一个具有恒流输出及电压限制的功率电源作为充电电源。电容两端的充电电压波形可以通过一个数字示波器进行记录。通过示波器的光标，可以很方便地读出电压从1.5V上升到2.5V所用的时间，基本的计算公式如下：i=C（△V/△t）公式变换为：C=i（△V/△t）。充电电流设定为1A，电压变化范围△V=2.5V-1.5V-1V那么C=△t,在这个示例中，超级电容的容量在数字上与电容从1.5V充电到2.5V的时间相等。时间单位为秒。

由于超级电容结构的特殊性，电容在测试前必须进行完全的放电，这样才能得到比较准确的结果，如果超级电容在测试前已经充过电，那么最好将电容两端子短路15分钟以上，以使电容完全放电。
流入电流测量InflowCurrentMeasurement：
由于超级电容表现出明显的非传导性介质特性，所以测量实际的自放电或者自漏电数值是比较困难的。当一只超级电容被充电至工作电压的过程中，流入电流是很大的，并且逐步变小。此时流入电流是介质吸收电流与电容漏电流之和。介质吸收电流是作为能量储存，但深度存储需要比较长的时间，电容的流入电流与时间是对数关系，具体如下表所示。
这些典型曲线是由下面的电路进行测量的，电容在测量前被短路了两天，这样被储存的能量就会被完全释放。

只有当介质吸收电源为0时，此时的流入电流才是漏电电流，这大概需要连续充电100个小时才能达到，此时漏电流大概为几个微安。在这个点以后，为了继续测量流入电流，需要使用一只准确的微伏表与一只比较大的电阻，数值参看上图。
直流阻抗与交流阻抗测量
InternalResistanceandESR（equlvalentseriesresistance）Measurement
串联等效阻抗或者交流阻抗可以通过LCR电桥在1KHZ下进行测量。这种方法测量的结果是比较准确的。另外一种方法是测量所谓的直流阻抗，可以用同一种仪器，但这种方法测量的结果是不准确的，误差比较大。
下图是用点燃容量测量电路获得的充电电压曲线，起始阶段的局部放大图如下图所示，当用1A的电流进行充电时，瞬间发生的电压阶跃可以被用来计算主流内阻，直流内阻或者DC阻抗等于阶跃电压值除以1A的电流，对于内阻很低的电容，可以用更大的电流进行测量。

在这个示例中，内部抗阻=初始电压阶跃/充电电流=0.15V/1A=0.15Ω，研究得出，直流阻抗是交流阻抗的1.1—1,5倍之间。

fredwang789

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