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
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。
超级电容器电化学测试方法课件
(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
m
i 1
1
e RC
＊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
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
电化学体系
三电极体系： 三电极两回路
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。
0.80 Oxidation
E2
0.40
Reduction
F
2.00E-5 1.00E-5 0.00E+0
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
测量超级电容器循环寿命
超级电容器循环寿命测量超级电容器的循环寿命与众多因素有关，如：电极特性、溶液特性、工作温度、充放电电流、最高充电电压、封装因素、工艺因素等。
用RST5000系列电化学工作站中的“恒流限压快速循环充放电”方法可对超级电容器进行测量，可获得电容量、等效串阻、充放电周期等参数。
如对超级电容器进行长时间测量，则可评估超级电容器的循环寿命。
1. 采集实验数据1.1设定参数主要参数有：充电电流、充电限制电压、放电电流、放电限制电压、采样周期、循环圈数、电压量程。
充电电流及放电电流，应依据超级电容器的额定工作电流设置。
依充放电原理，最大充电电流= 充电限制电压/（2 * 等效串联电阻）在实际应用中，充电电流< 充电限制电压/（4 * 等效串联电阻）否则，充电期太短，甚至充电过程一晃而过。
放电电流可与充电电流相等。
对于二电极体系，充电限制电压不应超过超级电容器的额定工作电压，放电电压可为零。
对于三电极体系，超级电容器工作电极上的电位是相对参比电极电位而言的，因此，应根据该材料对参比电位的特性来设置电位，这种情况下，有可能出现负值，这是正常的。
采样周期可根据经验来设定，也可先测几个循环试试，一般而言，只要每个循环周期包含100个到500个样点就可以了，采样周期≈循环周期/200。
为便于观察，可将采样周期设成某些易读值：如0.1S、1S、2S、10S等。
过多的样点会使存储文件过大，开图变慢。
循环圈数可根据需要设定。
在实验过程中可随时停止。
停止前的曲线数据都有效。
电压量程应大于充电限制电压。
本方法有自动数据备份功能，在菜单<系统设置—自动备份设置>中可设置备份间隔，默认60秒，一般无需调整。
勾选<启用自动备份>，表明已启用自动备份功能。
一旦停过电，可重启电脑、重启软件，这时不要运行新实验，打开菜单<文件—恢复上次实验的自动备份数据>进行数据恢复操作。
数据恢复后，在屏幕上可看到停电前已备份的数据曲线。
用电化学工作站测试超级电容器
用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。
超级电容器测试系统
超级电容器测试测试所需工具：精度天平（0.01 mg）、超声波清洗器、烘箱、热台、玻璃板、玻璃棒、切片机（压片机）、两电极模具（三电极测试电解池）、电化学工作站。
超级电容器的结构:超级电容器一般是由电极材料、隔膜和电解液组成。
对于电极材料来说，因活性炭、石墨烯、碳纳米管等碳材料具有导电性能好、对电解质化学惰性、比表面积大等优点，在电容器中得到了广泛的应用。
电极材料一般又由活性材料、导电剂、粘结剂和集流体构成。
碳材料一般作为活性物质，导电剂对极片的容量有较大影响，这主要是因为导电剂种类和含量影响电极电阻，而内阻的大小又影响充放电过程的进行程度，进而影响容量。
为了增加电极的强度，防止循环过程中活性物质的脱落、变形，必须在其中加入粘结剂。
集流体主要用于负载电极活性物质，连接外引出电极的导电结构部分，完成电子收集功能。
常用的电解质主要分为液态电解质和固态电解质。
液态电解质包括水溶液和非水溶液体系；固态电解质分为有机类和无机类。
隔膜的作用是有效隔离超级电容器的两个电极，避免电极接触引起的短路。
超级电容器性能指标：超级电容器的性能指标主要有：容量、内阻、漏电流、能量功率密度、循环寿命等。
容量：电容器在一定的重量或者体积范围内存储的容量，单位为F。
一般可以通过电压-电流感应曲线（CV）、恒流充放电等测试计算得出。
内阻：又称为等效串联电阻，分为直流内阻和交流内阻，一般会测试超级电容器的阻抗谱（Nyquist plot 或者Bode plot）。
漏电流：在恒定电压下，一定时间后测得的电流。
能量功率密度：通过电压-电流感应曲线（CV）、恒流充放电等测试计算得出。
循环寿命：超级电容器经过完整恒流充放电而保持一定性能的次数。
通过数万次的恒流充放电等测试得出。
活性材料测试超级电容器性能过程：1.对于制备的粉末电极活性材料在测试时，是按照活性材料、导电碳粉、PTFE粘结剂的重量比85:10:5混合，加入5 mL乙醇超声分散半小时使得材料混合均匀。
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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。
再次操作该菜单，可再删除一个循环。
2.4.2 <删除最后一个循环>：如果手动停止实验，最后一个循环的充放电可能不完整，通过
该菜单可以删除这个循环。
再次操作该菜单，可再删除一个循环。
2.4.3 <删除未显示的循环>：如果只对显示于图形框中的那些循环感兴趣，可用该菜单删除显示区域之外的循环。
3. 设定参数
3.1 充电电流
充电过程中的恒定电流。
其最大值Im可由下式估算：Im =（充电限制电压 - 放电限制电压）/ 等效串联电阻。
如果所设的充电电流超过 Im，则电压曲线立即越过充电限制电压线，无法对超级电容器实施充电。
充电电流一般应设在Im / 2以下。
3.2 放电电流
放电过程中的恒定电流。
其最大值Im可由下式估算：Im =（充电限制电压 - 放电限制电压）/ 等效串联电阻。
如果所设的放电电流超过 Im，则电压曲线立即越过放电限制电压线，无法对超级电容器实施放电。
放电电流一般应设在Im / 2以下。
3.3 充电限制电压
应低于超级电容器的击穿电压，例如：3V。
3.4 放电限制电压
应低于充电限制电压，例如：0V。
3.5采样周期
采样周期应根据不同的测量目的来设定，一般以每个充放电循环 100 至 1000 个样点为为宜。
例如：（A）测量电压阶跃值，可将采样周期设为0.01S、0.001S，以便准确找出电压突变点，但应减少循环次数，以免数据量太大。
（B）对于循环次数很多的实验，如超级电容器化成循环寿命测量等，则应增大采样周期，设为 0.1S、1S或更大，以免数据量太大。
3.6 电流阶跃值（导出参数）
这个参数由操作者设定的充电电流和放电电流计算得到，电流阶跃值 = 充电电流- 放电电流。
3.7 电压阶跃值（测量参数）
可以从电压时间曲线上测得，就是电压突变处的电压差值。
为了准确找出电压突变点，可按如下参数设置：采样周期（S）= 0.001、循环次数（N）= 2。
4. 测量结果
4.1 电容量
当测得1 个循环后，即可从文本框中直接读取“电容量”。
如果您关心的是不同区域的微分电容量，可按C = I * dt / du算得，I 是充电或放电电流，dt 是曲线上的时间变化量、du 是曲线上的电压变化量。
如果为了准确描述超级电容器在不同频率下
的电容量，建议采用“微分电容-频率”方法，该方法同时测出在不同频率下的电容量及损耗角正切值。
4.2 等效串联电阻
对于超级电容器，该参数主要由电极材料电阻引起，约为几欧姆至几百欧姆。
当测得1个循环后，即可从文本框中直接读取“等效串联电阻”。
对于电解电容器、陶瓷电容器、薄膜电容器等小电容器，等效串联电阻可用“恒流限压快速循环充放电”、“单电流阶跃E-t曲线”、“多电流阶跃E-t曲线”等方法，在曲线或导出的数据中获取电流阶跃值、电压阶跃值。
等效串联电阻 = 电压阶跃值 / 电流阶跃值。
4.3 漏电阻及漏电流
漏电阻主要由电极的极化电阻形成。
漏电阻 = 工作电压 / 漏电流。
工作电压不同，漏电阻不同。
因此，测量时应选择一个合适的工作电压，注意，工作电压不可超过击穿电压。
漏电流的测量方法，可选“恒电位电解I-t曲线”，静置电位应与恒定电位一致，都属工作电压，如 3V。
先用大电流量程（如 500mA 档）运行 2000 秒，等电流稳定（曲线成为一条直线）后，再改用合适的小量程（如2mA 档）再运行1000秒，精确测定其漏电流。
注意，改变量程时，千万不要改变工作电压。
测量漏电流，也可采用“单电位阶跃计时电流法”，静置电位应与阶跃电位一致。
5. 数据图谱
以下列出一些用不同方法测量所得到的图谱：
5.1 用“恒流限压快速循环充放电”方法，进行循环充放电测试。
这是一种快速方法，最高采样率为 1000sps。
用于研究超级电容器的高频充放电特性，如：充放电对称性、高频电容特性、温升特性、串联电阻特性等。
5.2 用“电池恒流循环充放电”方法，进行循环充放电测试。
这种方法提供充放电之间的等待期。
可隔离充电过程与放电过程，并降低器件温升。
5.2 用“微分电容-频率”方法，测量超级电容器电容量随频率变化的特性。
由图可见，超级电容器电容量在高频区域几乎没有电容量。
在低频率区，具有极大的电容量。
5.3 用“交流阻抗谱”方法，可测得超级电容器的全频谱特性。
放大图片
5.4 用“线性循环伏安法”，可测得超级电容器的循环伏安曲线。
在该曲线中，可分析电极、电解质特性。
如：非法拉第过程的有效区间、杂质干扰的严重程度、验证工作电压范围等。
5.5 用“恒流限压快速循环充放电”方法，测量等效串联电阻。
下图曲线以1000sps采样率测得，因此，每个样点间的时间为1mS。
将曲线在时间轴上展开并显示样点，我们可以清晰地看到电压跳变点。
以下式计算等效串联电阻：
等效串联电阻 = 电压阶跃值 / 电流阶跃值
5.6 下图是用“恒流限压快速循环充放电”方法测量一个 10 微法的小电容。
可见，其
循环周期只有100mS 左右。