基于三维Co3O4NiMoO4纳米线阵列作为超级电容器电极材料的研究.docx
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基于三维Co3O4NiMoO4纳米线阵列作为超级电容器电极材料的研究
基于三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列作为超级电容器电极材料的研究
近年来,超级电容器作为一种新型储能器件,以其绿色,节能,高效等诸多优势进入越来越多研究者的视野。
而电极作为超级电容器的关键部件,其材料的结构设计及性质对超级电容器的性能有着决定性影响。
因此,如何将电极上所负载的电活性物质充分有效的利用,并使其在充放电过程中更迅速地参加电化学反应,成为了目前超级电容器研究领域热点和难点。
本论文以超级电容器的正极材料为研究对象,利用水热法和退火处理的方式在泡沫镍导电基底上制备出Co3O4纳米线阵列,研究了退火温度对材料电容性能的影响。
通过循环伏安法、恒电流充放电测试及交流阻抗谱分析等电化学测试得出,退火温度为300℃时,Co3O4纳米线阵列的电容性能最佳,在1A/g的充放电电流密度下,其比电容值达到1147F/g。
通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Co3O4纳米线阵列进行形貌表征,结果表明,Co3O4纳米线垂直生长在泡沫镍表面,纳米线相互交错并形成孔隙结构,这大大有利于电子的传导和电解液离子的扩散。
为了进一步提高超级电容器的储能能力,本文对电极材料的结构进行了新的设计,即在Co3O4纳米线阵列表面再包覆一层NiMoO4超薄纳米片,获得三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列次级结构。
通过形貌表征发现,NiMoO4超薄纳米片均匀的分布在Co3O4纳米线表面,未对原始的阵列结构造成破坏。
电化学性能测试表明,包覆NiMoO4超薄纳米片后,材料的比电容和面电容量均显著提高,在1A/g的充放电电流密度下,比电容提高到了1607F/g。
NiMoO4超薄纳米片的引入不仅提高了电活性物质的负载量,而且大大提高了电活性物质的比表面积和利用效率,为电化学反应过程提供了更多的活性点数量。
本文工作为研究Co3O4纳米线阵列及其次级结构的电容性能提供参考。
关键词:
超级电容器;电极材料;氧化钴;纳米线阵列;次级结构
第一章引言
1.1研究背景
现如今,随着社会经济的快速发展和人口的急剧膨胀,自然资源日益匮乏,生态环境日益恶化,寻找洁净、可持续再生能源已迫在眉睫。
此外,随着通讯传媒、电子器件的日益普及,以及全球社会对于绿色、多样化的生活方式的倡导,人们对于电源性能的要求也日益严格,因此,人们期待一种环境友好、可循环利用的高效新型能源[1-3]。
太阳能、风能等新型能源在过去的几年中也得到了飞速的发展,但这些新型能源的能源不稳定性和不连续性却成为阻碍其应用的最大缺陷,但人们发现,通过优化储能技术可以增强新型能源发电系统的稳定性和连续性,再利用先进的电力电子技术还可以提高电能质量,因此,解决能量的存储问题是能够充分利用可再生能源的关键[4-6]。
近年来,广泛研究的电能存储器件主要包括锂离子电池和超级电容器。
超级电容器作为一种介于化学电池与传统电容器之间的新型储能器件,具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、污染小等诸多优点[7],在通讯、电子、电动汽车、航空航天和国防等领域均有望得到广泛的应用[8]。
1.2超级电容器概述
1.2.1超级电容器的分类
按照能量的储存与转化原理分类,超级电容器分为双电层电容器(electricdoublelayercapacitors)、法拉第赝电容器(Pseudo-capacitors)和复合电容器(Hybridcapacitor)等[9-10]。
1.2.1.1双电层电容器
双电层电容器是根据界面双电层原理制成的。
德国著名物理学家Helmholtz在1879年首次提出超级电容器双电荷层的概念并建立起双电层模型,该模型如下:
将一对电极浸泡于电解质溶液中并施加电压,溶液中的离子在库仑力、分子间作用力(范德华力)或原子间作用力(共价力)的作用下定向移动,最终相互作用的结果是,正离子向负极移动,负离子向正极移动。
由于电极与溶液之间存在势垒,电荷不能跨过电极边界发生中和,因此,每个电极/电解液界面上形成稳定的、符号相反的两层电荷,这样,电能就以电荷的形式储存在了电极表面附近的区域[11]。
通常利用公式:
E=CV2/2
计算电容器所储存的能量(其中E为电容器所储存的能量,C为电容器的电容量,V为电容器工作电压),由于电荷层类似于传统的平行板电容器的结构,根据平行板电容器的原理类推可知,可以通过提高电极比表面积或减小电极间距离来提高双电层比电容[12]。
电极距离与后期电容组装相关,在前期性能研究阶段中主要通过增加电极比表面积途径使双电层电容器可以更有效的积累更多的电荷,从而增大电容器的电容量,根据这一结论,很多高比表面积的多孔碳材料被广泛用于制备超级电容器的电极,如碳纳米管、炭气凝胶、活性炭、碳纤维等。
图1.1双电层电容器工作原理图
1.2.1.2法拉第赝电容器
法拉第赝电容又叫法拉第准电容,是一种基于二维或准二维材料表面的欠电位沉积或氧化还原过程的电容器。
即在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,通过化学吸附、脱附或发生高度可逆的氧化还原反应,产生与电极充电电位相关的电容,以此来储存电荷。
对于法拉第赝电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,还包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应产生的电荷储存[13-15]。
其一般过程是:
充电时,电解质溶液中的正负离子在外电场的作用下向极板定向移动,到达电极/电解液界面后通过电化学反应进入电极表面电活性物质的体相中,电荷就被储存在电极中。
如果极板具有很大的比表面积,电极表面电活性物质中就会有相当多的电化学反应同时进行,因而可以储存大量的电荷;放电时,进入到电极表面电活性物质中的离子通过反应的逆过程重新返回到电解液中,从而将储存的电荷释放出来。
相比于双电层电容器,法拉第赝电容不仅在电极表面产生,而且还可在整个电极内部产生。
在电极表面积相同的情况下,法拉第赝电容的比电容高出10~100倍[16-17]。
由此可以看出,基于欠电位沉积或氧化还原过程的法拉第赝电容器也包括部分的双电层容量。
因此,法拉第赝电容兼顾有静电电容器和锂离子电池的特点。
1.2.1.3复合电容器
一般来讲,双电层电容器具有高功率密度,法拉第赝电容器具有高能量密度。
为了同时获得高功率密度和高能量密度,在超级电容器的两极分别使用不同类型的电极材料,即混合电容。
复合电容器的两个极板分别产生双电层电容和法拉第赝电容。
由于复合电容器中同时涉及了法拉第和非法拉第过程,因此适当的对两极材料进行组合就能同时提高超级电容器的能量密度和功率密度。
混合电容常采用两种不同的材料作为正负极,负极材料常采用碳材料、金属碳化物或金属氮化物,产生双电层电容;正极材料常采用金属氧化物,产生法拉第赝电容。
此外,也可以用两种不同的导电聚合物或金属氧化物作为电极材料。
1.2.2超级电容器的应用前景
1.2.2.1应用于风能、太阳能等新型发电装置的辅助电源
风能、太阳能等新兴能源一直都是理想、清洁的可再生能源,但其不稳定性和不连续性的特点严重制约了自身的发展,而通过超级电容器储能技术就可以弥补这一缺陷。
超级电容器作为辅助能源时,可以将发电装置产生的电能以很快的速度储存起来,再按照设计要求输出。
与传统化学电池相比,超级电容器具有寿命长,要求的输入电流波动范围大、污染小等优点[18]。
如果将超级电容器与太阳能、风能等发电系统相结合,还可以开发出一系列的新型免维护装置,例如航标灯(在白天由太阳能提供电源并对超级电容器充电,晚上则由超级电容器提供电源)。
除此之外,超级电容器可用作电子记忆电路和负载电路的辅助电源,如计算机内存可以将超级电容器作为后备能源,在突然断电时可保持电压一段时间以保存存储单元中的内容。
另外,超级电容器也可作为电子设备的不间断电源。
1.2.2.2应用于电动汽车或混合动力汽车
近年来,由于生态环境恶化以及人们环保意识的增强,低排放和零排放的环保型交通工具的应用成为大势所趋。
人们开始致力于研究能源储存和转换装置以减少传统内燃机的使用,电动汽车、混合动力汽车的驱动装置就是其中一个重要的研究方向。
由于一般普通电池很难达到车辆起步、加速、制动时需要高功率输出,研究者们尝试利用超级电容器与各类动力电池组合成复合电池作为短时间释放高功率的辅助电源,应用于电动汽车或混合动力汽车的电源启动系统,在车辆的启动、加速和爬坡过程中起到保护蓄电池和节能的作用,或者直接作为内燃机以及其它重型汽车发动机系统的电源,在发动机系统启动时提供瞬间的大电流。
采用超级电容器/电池混合驱动系统的优点是:
仅需较小的超级电容器作为驱动系统的功率单元就能满足高功率输出,并且使驱动系统的体积和造价明显减少。
因此,采用超级电容器/电池组合方式作为驱动系统被认为是解决汽车尾气污染问题的最佳方案。
1.2.2.3应用于军事或航空航天领域
超级电容器具有充放电迅速、使用寿命长、适应较宽温度范围内工作等优点[19],因此可以应用于潜艇、坦克、装甲车、航天器、雷达等军用设备作为低温启动电源或动力电源。
也可作为野战医院医疗器械、小型电台等设备的主辅电源。
1.2.3超级电容器电极材料的研究现状
1.2.3.1碳电极材料
由于碳材料具有比表面积大、热膨胀系数小、密度低、孔结构可调节、成本低、稳定性好、抗腐蚀、无毒等诸多的优良特性,因而被广泛认为是制备超级电容器电极的首选材料[20-21]。
尤其碳纳米管、石墨烯等新兴碳材料当前已被广泛应用于超级电容器[22]。
碳电极材料的研究主要围绕碳材料选取,以及前期活化和后期的修饰处理等技术的突破。
1.2.3.2金属氧化物电极材料
金属氧化物电极材料兼有双电层电容和准电容性质,其比电容远远大于活性炭材料表面的双电层电容,基于金属氧化物电极材料的超级电容器具有使用寿命长、维护简单等优点。
许多金属氧化物可以用作法拉第赝电容器的电极材料,如:
NiO、MnO2、RuO2、Co3O4等[23-25]。
其中RuO2是发现和研究最早的过渡金属氧化物,其本身导电性好、电容量高、内阻小,且在H2SO4水溶液体系中可以稳定存在,是一种非常优异的赝电容电极材料,但由于RuO2成本昂贵,且只在强酸性环境下才能正常工作等缺点而限制了其工业化应用;MnO2由于毒性小、成本低且具有较高理论电容值,被广泛认为是一种有很好应用前景的电极材料;Co/Ni基的赝电容材料可以获得大的比容量以及高的循环稳定性[26-28],用Co3O4材料做超级电容器电极材料也得到了大量的研究。
1.2.3.3导电聚合物电极材料
通过在电极聚合物上发生快速可逆的p型或n型元素的掺杂和去掺杂过程,可以在导电聚合物表面及体相内产生较高的法拉第赝电容。
并且,导电聚合物作为电极材料有诸多优点,如高导电性、成本低、绿色、高储能密度、制备方法简单等。
其缺点是:
导电聚合物作为超级电容器的电极材料虽可以获得较高的比电容值,但由于离子的重复嵌入和脱嵌,会导致材料重复性的收缩和膨胀,即导电聚合物机械能较低,这就制约了其在超级电容器领域的广泛应用。
常用于超级电容器电极材料的导电聚合物有:
聚噻吩(polythiophene,PTh)、聚吡咯(polypyrrol,PPy)以及聚苯胺(polyaniline,PANI)等。
1.3Co3O4电极材料
1.3.1Co3O4的结构和性质
Co3O4晶体结构为尖晶石构型,其中O2-作立方紧密堆积;Co2+离子为四配位,填充于四面体空隙;Co3+离子为六配位,填充于八面体空隙。
Co3O4是一种黑色固体,是一种混合价态的化合物,同时含有二价钴和三价钴。
1.3.2Co3O4作为电极材料的优势和缺陷
Co3O4是在碱性体系下研究比较多的一种过渡金属氧化物赝电容材料[29-31]。
其具有较高的比电容理论值,同时在充放电过程中具有较高的氧化还原活性和良好的可逆性,越来越受到研究者的青睐[32-33]。
但传统的刮涂法制备的Co3O4电极材料由于粘结剂的加入,大大降低了电极的导电性,严重阻碍电子向导电基底的传导;同时由于电活性物质的致密堆积,产生大量的非活性界面,不利于电解液离子在电极内部的扩散和渗透,致使电活性物质不能得到有效的利用。
尤其在高的充放电速率下,其储能能力会严重降低。
目前,深入研究和探索具有高速电荷传输通道及高比表面积的Co3O4电极材料已成为这一领域的热点课题。
1.4本论文的选题思路及主要内容
为了满足越来越高的性能要求,使之应用于当今科技的各个领域,需要制备出导电性良好、高比表面积的电极材料,但高质量、低成本的制备工艺却少之又少。
因此,针对上述Co3O4纳米材料存在的问题,在原有制备方法的基础上,探索新的电极结构及合成方法成为获得性能优异的纳米材料的关键。
本文以超级电容器的正极材料为研究对象,以泡沫镍为导电基底和电流收集极,通过水热法在其表面生长出Co3O4纳米线阵列。
在充放电过程中,这种阵列结构可作为电子向导电基底传导的高速通道,同时,纳米线之间形成的孔隙又可作为电解液离子的扩散通道,大大提高了电活性物质的导电性和有效利用率。
此外,通过在阵列表面包覆一层NiMoO4超薄纳米片结构[34],获得三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列次级结构。
通过包覆,旨在保证电荷(电子和离子)能够高速传输的同时,增加电活性物质的比表面积和负载量,从而得到更高的比电容和面电容值。
本文为研究Co3O4纳米线及其次级结构的电容性能相关工作提供参。
第二章材料的制备及表征方法
2.1制备方法——水热法
水热法(hydrothermalmethod)是常用的物质合成方法,几乎所有种类的化合物都可以在水热条件下合成,如氧化物,钨酸盐、钼酸盐、碳酸盐、硅酸盐、锗酸盐等。
一般过程为:
在特制密闭反应器(聚四氟乙烯内缸和高压釜)中,通过对高压釜在高温高压下进行加热,以水溶液作为传压介质和溶剂,使内部反应溶液处于临界或超临界状态,可以使溶液中的反应物质在高活性(接近均相)的状态下进行分解和重结晶,从而加快反应速率或实现常温下不能进行的反应。
根据目的的不同,水热法的应用非常广泛,如水热生长单晶材料、水热烧结陶瓷材料、水热合成结晶性好、少团聚的陶瓷粉体、水热处理对环境有害的有机废物、水热完成某些有机反应等。
此外,水热法也是寻找新的化合物、研究复杂的多组分系统特性(物理、化学特性)的非常有效的方法。
2.2材料结构和形貌的表征方法
对电极材料的形貌、结构及成分的表征和分析,主要用到了X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、激光拉曼光谱、X射线光电子能谱、和微量天平等设备。
2.2.1X射线衍射(XRD)
X射线衍射技术(X-ray diffractiontechniques)是用于研究晶体材料结构、物理化学性质的一种常用的非破坏性技术。
X射线的波长介于0.1~100Å之间,与原子的尺度相接近,因此利用单晶X射线衍射的方法对样品内部结构进行观察。
X射线单色光束在晶体点阵上特定角度的散射光发生干涉,峰值强度取决于原子在晶格内的分布,当发生相长干涉时衍射光强度最强,即出现X射线衍射峰。
对于给定的具有原子排列周期性材料,X射线衍射模式是具有独特性和唯一性的,与X射线衍射模式的数据库进行比对就可以快速识别样品的晶型,从而确定样品结构。
晶体中X射线的衍射是由布拉格定律来描述的:
2dsinθ=nλ
其中θ为X射线入射角,d为晶面间距,λ为X射线波长。
因此,既可以用已知波长的X射线对样品结构进行分析,也可以根据已知晶面间距的晶体测量θ角并计算特征X射线的波长λ。
由于大多数材料都不是单一的晶体,而是由许多微小的晶向不同的微晶组成的多晶聚合物或者粉末。
当多晶聚合物或者粉末放置在X射线光束中,如果实验角度系统、有序地改变,光束将入射到所有的晶体平面上,理论上可以检测到所有的衍射峰。
X射线衍射方法用途有:
确定晶体的结构,包括晶体取向、平均晶粒尺寸、结晶度、压力、晶体缺陷等其他结构参数;薄膜分析,测定未知晶体材料等。
本实验采用Rigaku公司的D/Max-
A型衍射仪进行分析,采用Cu靶的Kα辐射为X射线源,波长λ=0.15406nm,从布拉格方程可以得到各个衍射峰对应晶面的晶面间距以及晶格常数。
2.2.2扫描电子显微镜(SEM)
扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope),简称扫描电镜,是显微结构分析的主要仪器。
主要包括电子束产生、真空获得、成像三大系统。
其基本原理是利用集中的高能电子束对样品固体样品表面进行扫描,电子束与物质之间发生相互作用,在样品表面激发出二次电子,通过探测器收集二次电子,再将信号转换和放大并在成像系统中生成样品形貌图像,根据图像就可以对样品表面或断口形貌进行观察和分析。
将SEM与能谱(EDS)组合还可以进行成分分析。
由SEM测试可以得到的信息包括外部形态(纹理)、化学成分、晶体结构和取向等。
由于电子束非常狭窄,SEM扫描图像是具有很大景深的三维图像,更有利于了解样品外观特征及表面结构。
SEM已广泛应用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。
本实验采用Hitachi公司的S-4800型场发射扫描电子显微镜。
2.2.3电子显微镜(TEM)
透射电子显微镜(Transmissionelectronmicroscope)是利用高能电子提供晶体样品的关于形貌结构、化学组分等信息的仪器。
主要由真空系统、电子枪、电子透镜、样品台等组成。
透射电子显微镜(TEM)的基本原理是:
将电子束加速并聚焦后入射到超薄标本中,电子束中部分电子与样品中原子发生散射,散射的角度与样品的厚度、密度有关,探测透过样品或与样品发生作用的电子束并集中到成像设备,会形成明暗不同的影像,经放大聚焦后再由成像器件显示出来。
由于电子的德布罗意波长相比光波更小,电子显微镜的成像分辨率也显著高于光学显微镜(约几万~几百万倍)。
TEM测试时所需的样品量极少、而分辨率很高,因此常用来观察尺度小于50nm的纳米结构,获取样品的化学特性、晶体取向、电子结构等信息。
TEM在纳米技术、材料科学和生物医学等领域具有广泛的应用。
本实验采用FEI公司的TecnaiG2F30型透射电子显微镜对样品进行高分辨形貌分析和表征。
2.3超级电容器的电化学性能测试分析
本文超级电容器单电极的电化学性能测试是在CS310电化学工作站上完成的,测试系统采用三电极系统:
工作电极(连接电极材料)、对电极和参比电极。
本论文中使用的对电极为10mm×10mm×0.2mm的铂片电极,参比电极为Ag/AgCl电极(填充液为饱和KCl溶液)。
本论文中使用的电解液为浓度3M的KOH溶液,测试条件为室温大气环境。
2.3.1循环伏安测试
循环伏安法(CyclicVoltammetry)是电化学分析领域广泛使用的技术,是指在电极上或者组装的器件上施加一个随时间线性变化的电压信号,以恒定的变化速率进行扫描并记录其在相应电压下的电流响应。
即在研究电极上施加一个按指定方向且随时间线性变化的电位,当扫描到某一设定电位后,又以相同速度反向扫描至初始电位。
得到电极电流与施加电位的变化关系,即循环伏安曲线(CV曲线)。
通过循环伏安曲线,可以确定电极稳定工作的电压范围以及在工作电压范围内的电容特性。
通过CV曲线可以测定超级电容器的比容量、速率特性、电极充放电效率以及循环稳定性等超级电容器性能指标。
此外,还可以进一步研究电极反应可逆性、化学反应中的电子转移动力学、氧化还原中间体等。
2.3.2横流充放电测试
恒流充放电(GalvanostaticCharge/Discharge,简称GCD)是另一种测试电化学电容器性能的方法。
其基本原理是:
使待测电极在稳定工作电压范围内以恒定电流进行充放电,同时记录电位随时间的变化关系,即得到GCD曲线。
通过GCD曲线可以计算电极的电容、阻抗等电化学性能参量。
例如,比电容和等效串联电阻是衡量超级电容器性能的两个重要指标。
根据公式:
C=It/mVc
(1)
Rs=ΔV/I
(2)
(其中公式
(1)中C为电容器容量,I为放电电流大小,Vc为电容器两端所加电压,t为从Vc放电完毕所用时间,m为电容器质量;公式
(2)中ΔV为初始放电时的电位变化量,i为放电电流大小)可以分别计算出电容器的比电容C和等效串联电阻。
一般来说等效串联电阻(包括接触电阻、传输电阻)来源于电极材料、界面隔膜等。
2.3.3交流阻抗测试
交流阻抗谱(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,简称EIS)是一种以周期性的变频小振幅的交流电压作为扰动信号,测量其相应的电流信号的电化学测量方法。
由于电化学腐蚀的作用,电极材料与电解液的界面会产生附加电势,引起表面化学反应动力学的非线性变化,为了描述这个过程,利用动态的扰动来表征电化学过程及非线性表面动力学变化。
通过对EIS结果进行分析和拟合,可以推测并计算出电化学过程等效电路中相关元件的参数,以及超级电容器的内阻,并由此判断电极材料的频率响应特性。
在研究和开发新材料和电极结构过程中,EIS被广泛作为材料标准表征技术。
本文测试的频率范围为0.01Hz~100kHz交流电压振幅为5mV。
第三章三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列的制备及电化学性能
3.1三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列的制备
3.1.1泡沫镍基片的处理
首先将泡沫镍剪成1cm×2cm的小片,然后用浓度为3mol/L的HCl和丙酮分别超声清洗若干次,接着用去离子水清洗干净后放入乙醇中密封保存。
3.1.2Co3O4纳米线阵列的制备
先将0.6mmol的Co(NO3)2∙6H2O超声溶解于35mL去离子水中,然后在溶液中加入1.2mmol的NH4F和3.0mmol的CO(NH2)2,用磁力搅拌器搅拌均匀后,将溶液转移到50mL的水热釜中,并将事先处理过的泡沫镍放入溶液中,接着将水热釜放入恒温烘箱中在120℃条件下反应6h。
将反应后的样品取出,用去离子水反复清洗并烘干之后,将样品在300℃条件下在氩气中退火2h,得到泡沫镍/氧化钴纳米线阵列的正极材料。
3.1.3三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列次级结构的制备
将1mmolNi(CH3COO)2∙6H2O超声溶解到40mL去离子水中,在磁力搅拌条件下,加入0.16mmol的(NH4)6Mo7O24∙4H2O和4mmol的CO(NH2)2。
待溶液搅拌均匀后,将溶液转移到50mL的水热釜中,并将事先处理过的泡沫镍放入溶液中,接着将水热釜放入恒温烘箱中在140℃条件下反应2h。
将反应后的样品取出,并用去离子水反复清洗、烘干,最后将样品在300℃Ar氛围中退火2h得到三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列次级结构的正极材料。
3.2三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列的表征
利用场发射扫描电子显微镜(FESEM;HitachiS-4800)和透射电子显微镜(FEITecnaiF30)对样品的形貌进行了表征。
样品的结构分析是在X射线衍射(XRD)仪上完成的。
电化学性能测试是在RST5200电化学工作站上进行的,测试采用三电极系统:
分别以泡沫镍/Co3O4纳米线阵列和三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列为工作电极,Pt片(0.2mm×10mm×10mm)为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,对样品进行了线性扫描循环伏安法、恒电流充放电及交流阻抗谱的测试。
测试中使用的电解液为3M的KOH溶液。
在进行循环伏安法测试时,窗口电压范围设为-0.2~0.6V,扫描速度范围为2mV/s至50mV/s。
交流阻抗谱则是在0.01Hz到100kHz的频率范围内以5mV的振幅在开路电压下进行的。
恒电流充放电测试的窗口电压为0~0.4V,电流密度范围为0.5A/g至10A/g。
而比电容Cs和面电容Ca则分别可以根据公式:
Cs
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