超级电容器的研究进展
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2009-11-24
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物理化学学报
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收到初稿
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收到修改稿
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联系人
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曹高萍
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D
国家高技术研究发展规划
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项目
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资助
电解液离子与炭电极双电层电容的关系
!
文越华 曹高萍 程 杰 杨裕生
#
北京防化研究院
G
北京
*)))’E!
摘要 以酚醛树脂基纳米孔玻态炭
%
HIJK
&
为电极
G
通过微分电容伏安曲线的测试
G
研究了水相体系电解液离子
与多孔炭电极双电层电容的关系
"
结果表明
G
稀溶液中
G
多孔炭电极的微分电容曲线在零电荷点
%
ILK
&
处呈现凹
点
G
电容降低
G
双电层电容受扩散层的影响显著
’
若孔径小
G
离子内扩散阻力大
G
电容下降更为迅速
G
扩散层对双
电层电容的影响增大
"
而增大炭材料的孔径或电解液浓度
G
可明显减弱甚至消除扩散层对电容的影响
"
炭电极的
单位面积微分电容高
G
仅表明孔表面利用率高
G
如欲获得高的电容量
G
还要有大的比表面积
"
离子水化对炭电极
的电容产生不利影响
G
选用大离子和增大炭材料的孔径
G
可有效降低离子水化对炭电极电容性能的影响
"
关键词
#
电解液离子
G
炭电极
G
双电层电容
中图分类号
#
M@%@
双电层电容器是通过固体电极
N
溶液界面形成
双电层实现储能的
"
因此
G
固体电极以及溶液离子的
性质(界面电荷及其分布情况
G
对双电层都有很大的
影响
O*"(P
"
对于固体炭电极材料的结构和性质
G
已有较
多研究
OE"@P
"
但与界面电荷及分布密切相关的电解液
离子对双电层电容的影响则研究甚少
"
水相体系双电层电容器常采用酸
(
碱溶液作电
解液
G
但由于在酸
(
碱液中受到不可逆副反应的影
响
G
以及可能有准电容的形成
OAP
G
因此
G
有人用中性
溶液探讨炭电极的双电层电容特性
" Q-/.<R-
等
O’P
以微
孔活性碳布为对象
G
研究了在碱金属氯化物稀溶液
中离子与孔的关系
G
得出水化离子最小的
S
T
更利于
提高炭电极电容量的结论’ 并认为可有效形成双电
层的最小孔径为
)"E@ 2,G
电解液离子与其大小相
近的小孔径微孔最匹配
G
小微孔炭电极的单位面积
电容最高
"
然而
G
由于电解液都有一定粘度
G
特别是
较高浓度的电解液
G
为了减少离子扩散
(
迁移的阻
力
G
炭电极 的 孔 径一般 不 应 低于离 子 直 径的
(!%
倍
O&P
"
为此
G
中孔炭气凝胶因良好的电容性能而被竞
相研究
"
我们以自行研制的纳米孔玻态炭
#HIJK!
O*)"**P
为
电极
G
对具有微孔和中孔特征的
HIJK
系列样品分
别在稀(浓
SK/
溶液中的双电层电容特征进行研究
G
然后以同族元素
U.
T
(
H-
T
和
S
T
为水溶液中的阳离子
探针
G
进一步探讨水化离子影响炭电极电容性能的
有关因素
G
以期为双电层电容器用无机电解液的应
用研究提供一定的理论指导
"
%
实验部分
%&%
样品制备
炭电极为自行研制的纳米孔玻态炭材料
O*)"**P
"
简
述如下
#
热固化处理后的酚醛树脂
G
粉碎压片
G
置于
管式炉中
G
氮气保护下加热至
@)) #
炭化
G
之后通入
KM
(
G
继续加热至
&)) $
分别活化
$%E$ ,.2G
即得不
同孔结构特征的炭电极样品
#-<)!-<E$G
其中的数字
表示活化时间
!"
%&!
测试方法
用 美 国
V5-2<-;7 R W,=
公 司 的
F5<W6WR:"*"XI
型气体吸附仪测定样品的
H
(
吸脱附等温线
G
比表面
积和中孔孔容分别采用多点
Y+?
法和
YZ[
法计算
得到
"
用英国
QW/-R<RW2
公司的
*(’)L
电化学工作站
G
在三电极体系中进行微分比电容
#K\!
测试
G
工作温
度为
($ $G
扫描速率均为
* ,\
)
6
]*
"
对电极和研究
电极皆为
HIJK
电极
G
以饱和甘汞电极
!
QK+
&
为参
比电极
"
X-4
%&%
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