超级电容器电化学测试方法
电化学工作站测试超级电容器
电化学工作站测试超级电容器郑州世瑞思仪器科技有限公司RST5200E电化学工作站提供了许多适合于超级电容器研究的电化学测试方法，如：“恒流限压快速循环充放电”、“微分电容-频率”、“线性扫描循环伏安法“交流阻抗谱”等，可对超级电容器进行深入的研究。
以前，人们大多用“电池循环充放电仪”对超级电容器进行充放电研究。
随着超级电容器应用领域的不断扩展，特别是对快速充放电要求的提高，使得用电池测试仪器研究超级电容器显得力不从心。
对超级电容器实施快速循环充放电，需要设立一个限压换流模块，属于反馈控制。
就是当采集单元检测到超级电容器两端的电压超越限定值后，立即通知驱动单元改变电流方向。
限压换流的过程必须快速，否则就控制不住了。
在 RST5200E 电化学工作站中，限压换流功能由硬件实现，从而确保该反馈控制过程小于1mS。
下表列出了一些电化学测试仪器的指标：下面对RST5200E 电化学工作站中的“恒流限压快速循环充放电”方法进行简单介绍。
1. 超级电容器的连接工作电极引线夹（绿蓝）接超级电容器正极。
参比电极引线夹（白黄）接超级电容器负极；辅助电极引线夹（红）接超级电容器负极。
运行中，请勿断开超级电容器。
2 .软件功能2.1 界面布局左上部为文本框，用于显示运行参数和测量数据。
左下部为操作面板，用于接受操作者的选择。
右边为图形框，用于显示被选中的循环，这些循环属于该曲线的一部分。
2.2 定位显示本方法将测量获得的曲线以充放电循环作为单元显示于图形框中。
通过操作面板，可调整显示参数：起始循环、循环数量。
2.3 数据计算软件自动对显示于图形框中的循环进行统计计算，其结果显示于文本框中，有：充电电量、放电电量、充电能量、放电能量、电容量、等效串联电阻等。
2.4 删除多余的循环在菜单<数据处理>中，设有三个子菜单。
2.4.1 <删除最初一个循环>：通常，由于电容器测试前的初始储能状态不确定，使得第一个循环的充放电不完整，通过该菜单可以删除这个循环。
超级电容器电化学测试方法_图文
循环伏安法的典型激发信号 三角波电位，转换电位为E1V和E2V
循环伏安法一般用于研究电极过程，它是一个十分有用的方 法。它能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应 历程，电活性物质的吸附以及电极有效表面积的计算等许多 信息。
＊扫描速度增加时为何电容值下降？ 化学 – 离子的吸附脱附和表面活性面积的减少 物理 –膨胀和收缩
(a)实际循环伏安曲线RC较大(b)理想循环伏安曲线RC较小
考虑到过渡时间RC的电极材料比容量可用
＊在电容器电容不变的情况下，电流随着扫描 速度增大而成比例增大，过渡时间RC却不随 扫描速度发生变化，所以当以比容量为纵坐标 单位时，扫描速度越快曲线偏离矩形就越远。
对双电层电容器，CV曲线越接近矩形，说明电容性能越理想
曲线关于零电流基线基本对称，说明材料在充放电过程中所发 生的氧化还原过程基本可逆。
当扫描电位方向改变时，电流表现出了快速响应特征，说明 电极在充放电过程中动力学可逆性良好。
由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的CV图总是会 略微偏离矩形。对于赝电容型电容器，从循环伏安图中所表现出的 氧化还原峰的位置，我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应
超级电容器电化学测试方法_图文.ppt
超级电容器的主要技术指标有比容量、 充放电速率、循环寿命等。
实验采用CHI760电化学工作站（包括循环伏 安法、恒电流电位法等），考察不同方法处理 后电极的电化学性能。
1.电化学体系三电极介绍
电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施电 极反应的场所。
超级电容器的电化学性能分析
超级电容器的电化学性能分析超级电容器是一种高性能的电化学储能装置，其在电子、能源、交通等领域具有着重要的应用前景。
超级电容器的储能机制是通过静电场来储存电荷，相对于电池而言，其能够实现快速的充放电过程，并且可循环使用。
本文将从超级电容器的电化学性能方面进行分析，重点介绍超级电容器的电容量、电压稳定性、内阻、循环寿命等性能指标。
一、电容量电容量是超级电容器的重要性能指标之一，通常用单位面积（F/cm²）来表示。
电容量与电极材料的比表面积直接相关，比表面积越大，电容量越高。
在实际应用中，通常采用纳米级碳材料作为电极材料，其比表面积可以达到几千平方米/克以上，这使得超级电容器具有了很高的电容量。
二、电压稳定性电压稳定性是超级电容器的另一个重要性能指标，它反映了超级电容器在充放电过程中的电压变化情况。
一般来说，超级电容器的电压稳定性越好，其应用范围就越广。
在实际应用中，超级电容器的电压稳定性受到多种因素的影响，如电极材料、电解液、电极结构等，需要通过优化设计和材料选择来提高电压稳定性。
三、内阻内阻是超级电容器的另一个重要性能指标，它反映了超级电容器在充放电过程中的能量损耗情况。
内阻越小，超级电容器的能量损耗就越小，从而可以提高其充放电效率。
在实际应用中，内阻受到多种因素的影响，如电极材料、电解液、电极结构等，需要通过优化设计和材料选择来降低内阻。
四、循环寿命循环寿命是超级电容器的另一个重要性能指标，它反映了超级电容器在经历多次充放电过程后能够保持良好的性能。
循环寿命越高，超级电容器的使用寿命就越长，从而可以降低成本。
在实际应用中，循环寿命受到多种因素的影响，如电极材料的稳定性、电解液的稳定性、充放电过程中的温度等，需要通过优化设计和材料选择来提高循环寿命。
总之，超级电容器是一种具有重要意义的电化学储能装置，其电容量、电压稳定性、内阻、循环寿命等性能指标对于其应用范围和实际效果具有重要影响。
因此，在超级电容器的研究与应用中，需要对其性能指标进行深入分析和研究，以便更好地了解其应用前景和发展方向。
超级电容器实验报告
实验报告题目C,MnO2的电化学电容特性实验姓名许树茂学号***********所在学院化学与环境学院年级专业新能源材料与器件创新班指导教师舒东老师完成时间2012 年 4 月1.【实验目的】1. 了解超级电容器的原理；2. 了解超级电容器的比电容的测试原理及方法；3. 了解超级电容器双电层储能机理的特点；4. 掌握超级电容器电极材料的制备方法；5. 掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。
2. 【实验原理】超级电容器的原理超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。
超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。
尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。
图1 超级电容器的结构图从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。
在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。
表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。
大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。
(1) 双电层超级电容器的工作原理双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。
对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。
当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。
这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。
根据双电层理论,双电层的微分电容约为20µF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。
超级电容器电化学测试方法
potential vs. Ag/AgCl Current(A)
正向扫描
0.00
负向扫描
E1 A
循环1
K;A
-0.40 0.00
40.00
80.00 time(s)
120.00
160.00
循环伏安法的典型激发信号 三角波电位,转换电位为E1V和E2V
-1.00E-5
-2.00E-5
-3.00E-5 0.60
＊扫描速度增加时为何电容值下降？ 化学 – 离子的吸附脱附和表面活性面积的减少 物理 –膨胀和收缩
3、恒电流充放电测试
从恒电流充放电中可以计算出电极材料的比电容,其依据为公式
C
Q V
it V
其中I为充电电流, t为放〔充电时间,ΔV是放〔充电电势差,m是材料质量.
C
it
(V 2 iR V1 )
dV dt
任意电位处的电容
C
dQ idt i
dV
dV
可得：
任意电位窗口〔V1～ V2内的平均电容
V2 idV
C
V1
（V2
-
V1）
然后按照电极上活性物质的质量就可以求算出这种
电极材料的比容量.
Cm
C m
式中:m一电极上活性材料的质量,g
应该从中间红线开始积分,因为那是电流零点.从公式来看,积分区间为V0-V,即 正扫或反扫的那一段,如果用origin积分的话,也应该只用其中正扫或反扫的那一段 进行积分；也有文献中公式为循环积分,但分母中有个2倍,这样用origin积分时应该 用循环的两段进行积分,面积近似为上述公式积分的两倍,但由于除了一个2倍,因而 计算结果仍为实际的电容.
100
电化学系统的性能测试方法
电化学系统的性能测试方法电化学系统是指在电化学领域中应用的各种设备、电池、传感器等与电化学现象有关的器材，其性能的好坏直接关系到电化学实验和应用的结果。
因此，对电化学系统的性能进行准确的测试和评价至关重要。
本文将介绍电化学系统性能测试的基本方法和常见的测试仪器。
1. 循环伏安法循环伏安法是一种常用的电化学性能测试方法，通过对电极的偏置电位进行连续的电位循环，使电化学反应过程在正反两个极限电位附近进行，从而绘制出电流-电位曲线，得出反应的动力学参数和体系的电化学特性。
该方法常用于电极材料的电化学储能性能研究和电解质的电化学稳定性测试。
2. 恒流充放电法恒流充放电法是一种测试电化学储能材料性能的常用方法，它通过在电解液中施加固定的电压或电流，使材料充放电，观察并记录充放电过程中的电位变化和电容变化，从而得出电化学储能材料的容量、循环寿命等性能指标。
该方法常用于锂离子电池、超级电容器等电化学储能领域。
3. 交流阻抗法交流阻抗法是一种非破坏性电化学测试方法，该方法通过施加交流电位，测量电化学系统的交流阻抗谱，从而得出体系中各种电化学反应的动力学参数，以及氧化物和还原物的介电特性等信息。
该方法常用于电解质、气体传感器、腐蚀研究等领域。
4. 原位红外光谱法原位红外光谱法是一种非破坏性电化学测试方法，该方法通过在电极表面施加外场（如电压、电流等），同时使用红外光谱仪监测体系中的反应产物，从而实现体系反应的原位红外光谱测试。
该方法可广泛应用于电极催化反应、电化学合成等领域。
在进行电化学系统性能测试时，还需要注意以下几点：1. 选择合适的测试方法和测试仪器，根据具体实验目的和样品特性选择合适的测试方法和测试仪器。
2. 严格控制实验参数，如电极材料的制备、电解液的配制等，都应该按照严格的实验标准进行操作。
3. 进行数据分析和处理，对测试结果进行必要的数据处理和统计分析，从而获得可靠的检测结果。
4. 根据测试结果进行进一步的优化和改进，如优化电解液组分、改进电极材料结构等，以提高电化学系统的性能。
超级电容器实验报告
超级电容器实验报告C,MnO2的电化学电容特性实验姓名许树茂学号 xx4016005所在学院化学与环境学院年级专业新能源材料与器件创新班指导教师舒东老师完成时间xx 年4 月1、【实验目的】1、了解超级电容器的原理；2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法；3、了解超级电容器双电层储能机理的特点；4、掌握超级电容器电极材料的制备方法；5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。
2、【实验原理】超级电容器的原理超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。
超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。
尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。
图1 超级电容器的结构图从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。
在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。
表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。
大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F 之间。
(1)双电层超级电容器的工作原理双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。
对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。
当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。
这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。
根据双电层理论,双电层的微分电容约为20µF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。
超级电容器的三种测试方法详解
超级电容器电极材料性能测试的三种常用电化学方法,欢迎大家一起交流★★★★★★★★★★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cyclic voltammetry CV由CV曲线,可以直观的知道大致一下三个方面的信息Voltage window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,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;Specific capacitance 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Cycle life 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galvanostatic charge–discharge GCD 由GCD测试曲线,一般可以得到以下几方面的信息：•the change of specific capacitance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•degree of reversibility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•Cycle life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electrochemical impedance spectroscopy 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=It/mF/g 是指每克活性物质的电容=It/mV如果把比作,电压比作高度, 那么就是的横截面积;所以两者是通过联系起来的,没有一个常数因子。
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Cm
C m
式中:m一电极上活性材料的质量，g
应该从中间红线开始积分，因为那是电流零点。从公式来看，积分区间为V0V，即正扫或反扫的那一段，如果用origin积分的话，也应该只用其中正扫或反扫 的那一段进行积分；也有文献中公式为循环积分，但分母中有个2倍，这样用 origin积分时应该用循环的两段进行积分，面积近似为上述公式积分的两倍，但由 于除了一个2倍，因而计算结果仍为实际的电容。
对双电层电容器，CV曲线越接近矩形，说明电容性能越理想
曲线关于零电流基线基本对称，说明材料在充放电过程中所发 生的氧化还原过程基本可逆。 当扫描电位方向改变时，电流表现出了快速响应特征，说明 电极在充放电过程中动力学可逆性良好。
由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的CV图总是会 略微偏离矩形。对于赝电容型电容器，从循环伏安图中所表现出的 氧化还原峰的位置，我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应。
电化学体系
三电极体系： 三电极两回路
三电极组成两个回路：
研究电极和参比电极：构成一个不通或基本少 通电的体系，利用参比电极电位的稳定性来测量 工作电极的电极电位。 研究电极和辅助电极：构成一个通电的体系， 用来测量工作电极通过的电流。
2、循环伏安法
伏安分析法是以被分析溶液中电极的电位-电 流行为为基础的一类电化学分析方法。 伏安分析法中所加电位称为激励信号，如果 电位激励信号为线性电位激励，所获得的电流响应 与电位的关系称为线性伏安扫描；如果电位激励信 号为三角波激励信号，所获得的电流响应与电位激 励信号的关系称为循环伏安扫描。
(a)实际循环伏安曲线RC较大(b)理想循环伏安曲线RC较小
考虑到过渡时间RC的电极材料比容量可用
Cm
i
1 RC m 1 e
＊在电容器电容不变的情况下，电流随着扫描
速度增大而成比例增大，过渡时间RC却不随 扫描速度发生变化，所以当以比容量为纵坐标 单位时，扫描速度越快曲线偏离矩形就越远。
＊扫描速度增加时为何电容值下降？ 化学 – 离子的吸附脱附和表面活性面积的减少
物理 –膨胀和收缩
3、恒电流充放电测试
从恒电流充放电中可以计算出电极材料的比电容，其依据为公式
Q it C V V
其中I为充电电流，t为放（充）电时间，Δ V是放（充）电 电势差，m是材料质量。
i t C (V2 iR V1 ) V R i
5 mA cm
-2
50
100
150
200
250
ts
0.80 Oxidation Reduction
2.00E-5
E2
potential vs. Ag/AgCl
0.40
F
1.00E-5
正向扫描
0.00
负向扫描
Curr ent(A)
0.00E+0
-1.00E-5
E1
-0.40
-2.00E-5
A
循环1
40.00 80.00 time(s) 120.00
Current/A
Time/s
对一个非理想电容器，由于存在各种电阻（材料的接 触电阻，孔电阻，电解液电阻等等），因此，在不同 的电流密度下所得到的电容是不同的。
0.6 0.4
20 mA cm
-2
E / V vs SCE
0.2 0.0 -0.2 -0.4 0
30 mA cm
-2
10 mA cm
-2
超级电容器电极的性能测试
超级电容器的主要技术指标有比容量、 充放电速率、循环寿命等。
实验采用CHI760电化学工作站（包括循环伏 安法、恒电流电位法等），考察不同方法处理 后电极的电化学性能。
1.电化学体系三电极介绍
电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施电 极反应的场所。 二电极体系
K;A
-3.00E-5
法的典型激发信号 三角波电位，转换电位为E1V和E2V
循环伏安法一般用于研究电极过程，它是一个十分有用的方 法。它能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应 历程，电活性物质的吸附以及电极有效表面积的计算等许多 信息。
＊
循环伏安测试超级电容器比容量
对于双电层电容器，我们可以用平板电容器模型进行理想等效处理: 其电容值为：
由公式：
dQ C dV
任意电位处的电容
dt dQ idt i C dV dV
C
、
dQ=idt
dV
可得：
任意电位窗口（V1～V2） 内的平均电容
（V2 - V1）
V2
V1
idV
然后按照电极上活性物质的质量就可以求算出这种 电极材料的比容量。