652· 北京科技大学学报 2002年第6期 不同电流条件下的恒流充放电实验，恒流充放 SEM照片证明活性炭颗粒本身以及活性炭颗 电实验主要观察电容器在不同电流下的容量以 粒之间都具有典型的多孔特征. 及容量随充放电进行的衰减程度.碳材料的电 活性炭颗粒呈现一种不规则的外型（如图1 容计算公式为： 和图2所示)，在研究中可以近似的看作一种球 C-鼎-品鼎=i邻 △1 (1) 型颗粒进行分析.由图3可以看出本工艺制备 式中，C是电容器的双层电容值，F;△1，△V分别 的活性炭颗粒具有颗粒均匀，粒度分布范围类 似高斯概率分布的特点.全部活性炭颗粒分布 表示充电过程中时间差和电位差. 事实上，由于碳基超电容器通常是两个相 在0.1~100m的粒度范围之内，而绝大多数的 同的碳电极串联构成，同时又要考虑双电极质 颗粒则集中分布于10m附近.规则有序的材 量加和等因素，单个电极的电容实际数值应该 料粒度分布成为产生合理的中孔和微孔相结合 为电容器电容值的4倍关系，因此碳材料的比 的网络状孔径分布的基础. 电容计算公式为： G (2) 式中，C,为单个电极质量比容量，Fg;m为电极 的平均质量，g;a为活性炭的质量分数.同样， 能量密度可以由下式确定： 1 E,=2C(AV) (3) 式中，E,为活性炭材料的能量密度，Jg 同时，通过循环伏安充放实验来研究电极 及电化学双层电容器的可逆性. 图2活性炭颗粒上分布的部分孔洞 2结果及讨论 Fig.2 SEM micrograph of the carbon particle 21电极材料的物理特性表征 图1为利用对辊机压制的活性炭电极膜的 %/7 电镜照片.从照片上看，活性炭颗粒之间的缝隙 0.010.1110100100010000 粒度/m 图3活性炭材料的粒度分布图 Fig.3 Granularity distribution in the active carbon ma- terial 2.2电容器循环伏安曲线测试 根据活性炭碳基双电层电容器的储能原 理，在电极的工作电势窗(Potential Window)内， 理想的碳基超电容的循环伏安曲线应该呈现标 图1活性炭颗粒之间的大型孔洞和孔隙 准的对称矩形曲线.实际上，由于电极的极化内 Fig.1 SEM micrograph of the film electrode 阻存在，碳基双电层电容碳电极的循环伏安曲 和空洞十分明显，可以辨认出孔径大于50m 线往往有一定程度的偏差.本次实验通过双电 的大孔，该类孔洞是吸附质（电解液）分子迅速 极体系来研究碳电极在不同扫描速度下的循环 进人活性炭颗粒内部并与之充分浸渍的重要渠 伏安行为.从图4中可以明显看出，碳电极具有 道.部分大型活性炭颗粒上还可以清晰的辨认 良好的对称性.在电极的工作电势窗内，随着扫 出条状和点状的过渡孔(10-50nm)以及其中吸 描速度的倍增，同一电势下对应的电流也成倍 附的无定型碳（图2）.电极的扫描电子显微镜 增大，说明碳电极的容量和扫描速度无关，这从北 京 科 技 不 同 电流条件下 的恒流 充放 电实验 ， 恒 流充放 电实验主要观察 电容器在不 同电流下 的容量 以 及 容量 随充放 电进行 的衰减程度 碳材料 的 电 容计算公式 为 尸 旦互 鱼 卫互 △ △ 式 中 ， 是 电容器 的双层 电容值 ， △，△ 分别 表示 充 电过程 中时 间差和 电位差 事实上 ， 由于碳基超 电容器通 常是两个相 同的碳 电极 串联构 成 ， 同时又要考 虑双 电极质 量 加和 等 因素 ， 单个 电极 的 电容实际数值应该 为 电容器 电容值 的 倍关系 ， 因此碳材料 的 比 电容计算公式为 大 学 学 报 年 第 期 照 片证 明活性炭颗粒本 身 以 及 活性炭颗 粒之 间都具有典型 的多孔特征 活性炭颗粒呈现一种不规则的外型 如图 和 图 所示 ， 在研究 中可 以 近似的看作一种 球 型 颗粒进行分析 由图 可 以看 出本工艺制备 的活性炭颗粒具有颗粒均 匀 ， 粒度分布范 围类 似高斯概率分布 的特点 全部活性炭颗粒分布 在 一 脚 的粒度 范 围之 内 ， 而绝 大多数的 颗粒则集 中分布于 阿 附近 规则有序的材 料粒度分布成为产生合理的 中孔和微孔相结合 的 网络状孔径分布的基础 达 △ 式 中 ， 为单个 电极质量 比容量 ， 为 电极 的平均质 量 ， 为活 性炭 的质量分数 同样 ， 能量 密度 可 以 由下式确定 一 粤二 △均 ‘ 式 中 ， 瓦 为活性炭材料 的能量密度 ， 同时 ， 通过循环伏安充放实验来研究 电极 及 电化学双层 电容器 的可 逆性 结果及讨论 电极材料的物理特性表征 图 为利用对辊机压制 的活性炭 电极膜 的 电镜照 片 从照 片上看 ， 活性炭颗粒之间 的缝隙 图 活性炭颗粒上分布的部 分孔洞 · …川「………一厂盯阻 …………下…洲日 ………厂… ， …下………川厂 ……「………厂 肛………川日 ……「………山 旧……川日 挂五彩芝 ﹃ 粒度 小 图 活性炭材料的粒度分布 图 。 图 活性炭颗粒之 间 的大型孔 洞 和 孔 隙 · 和 空 洞 十分 明显 ， 可 以 辨认 出孔径大于 的大孔 ， 该类孔洞 是 吸 附质 电解液 分子迅 速 进人活性炭颗粒 内部并与之充分浸 渍的重要渠 道 部分大型 活性炭颗粒上 还可 以 清 晰 的辨认 出条状 和 点状 的过渡孔 一 以及其 中吸 附 的无定 型 碳 图 电极 的 扫描 电子显微镜 电容器循环伏安 曲线测试 根 据 活 性 炭碳基 双 电 层 电 容器 的储 能 原 理 ， 在 电极 的工作 电势窗 内 ， 理想 的碳基超 电容的循环伏安 曲线应该呈 现标 准 的对称矩形 曲线 实际上 ， 由于 电极 的极化 内 阻存在 ， 碳基双 电层 电容碳 电极 的循环伏安 曲 线往往有一定程度 的偏差 本次实验通过双 电 极体系来研究碳 电极在不 同扫描速度下 的循环 伏安行为 从 图 中可 以 明显看 出 ， 碳 电极具有 良好的对称性 在 电极 的工作 电势窗 内 ， 随着扫 描速度 的倍增 ， 同一 电势下 对应 的 电流 也成倍 增大 ， 说明碳 电极 的容量和扫描速度无关 ， 这从