李升憲，趙瑩，王會(huì)勤，胡曉宏，張建銀

（武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430072）

摘要：以活性碳、石墨、CMC與SBR混合黏結(jié)劑為原料制備了EDLC。采用循環(huán)伏安、恒流充放電、交流阻抗等方法檢測了EDLC在不同有機(jī)電解液中的電化學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在1mol/L Et4NBF4/（AN+PC）(體積比1∶1)電解液中，EDLC具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。

超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，集高能量密度(與傳統(tǒng)電容器相比)、高功率密度、長壽命等特性于一身，具有工作溫度寬、可靠性高、快速充放電等特點(diǎn)。在通訊、電子、鐵路、特種、航天以及特種等領(lǐng)域具有廣泛的用途。利用超級(jí)電容和二次電池組成混合動(dòng)力系統(tǒng)，能夠很好地滿足電動(dòng)汽車起動(dòng)、加速、能量回收等高功率的需要，近年來已成為研究的熱點(diǎn)[1-4]。電解質(zhì)是超級(jí)電容器的重要組份部分，尋找合適的電解液是超級(jí)電容器目前研究的重點(diǎn)之一[5-7]。

1實(shí)驗(yàn)

以國產(chǎn)活性碳為主體材料，適當(dāng)添加石墨作導(dǎo)電劑，CMC(羧甲基纖維素鈉)與SBR(丁苯橡膠)作混合黏結(jié)劑，通過高速攪拌制成漿料，涂布在鋁箔上，真空干燥后即成正、負(fù)電極。

在兩片質(zhì)量相似的極片之間放置一層PP隔膜，卷成單面為4cm×2cm的電極芯，將電極芯置于鋁復(fù)合膜包裝袋中，在手套干燥箱中注入有機(jī)電解液，封口，即成待測電化學(xué)雙電層超級(jí)電容器(EDLC)單體。

采用循環(huán)伏安(上海辰華儀器公司CHI600a)、恒流充放(深圳天久新威實(shí)業(yè)有限公司電池測試儀)、交流阻抗(德國IM6e交流阻抗儀)等方法檢測活性炭電極和EDLC在以四乙基四氟硼酸氨(Et4NBF4)為溶質(zhì)，碳酸丙烯酯(PC)、乙腈(AN)及它們的混合物分別為溶劑的各有機(jī)電解液中的電化學(xué)性能。

2結(jié)果及討論

圖1是用于裝備EDLC的活性炭電極在不同溶劑組成的電解液中循環(huán)伏安掃描曲線。從圖1可以看到，在PC電解液中出現(xiàn)的平臺(tái)電流很窄，而在AN和混合電解液中呈現(xiàn)出很寬的平臺(tái)電流，這表明電極在PC電解液中的比電容小于AN和混合電解液中的比電容，混合電解液的容量性能表現(xiàn)更佳。

圖2是在開路狀態(tài)下，單體電容器在3種電解液中頻率范圍為20kHz~10mHz的交流阻抗譜圖?？梢钥闯鲈?種電解液中，在中頻段阻抗曲線均為一條傾角為45°的直線，這是多孔電極阻抗曲線的典型特征[8]。半圓的高頻端與Zr軸的交點(diǎn)即是溶液內(nèi)阻Rs。3種電容器溶液內(nèi)阻的大小順序?yàn)镻C＞AN+PC＞AN。這主要是因?yàn)樘妓岜サ姆肿虞^乙腈大，所形成的離子半徑大，而且其黏度大，造成離子擴(kuò)散受阻，使其內(nèi)阻較大。低頻段，AN電解液電容器在250mHz頻率下出現(xiàn)電荷飽和（即在此頻率下交流阻抗曲線開始變得垂直于Zr軸，意味著在此頻率以下，電容器的大部分容量均可得到利用），明顯地體現(xiàn)出電容特性，混合電解液中在255mHz達(dá)到電荷飽和，而PC電解液電容器阻抗從中頻段一直以傾角45°的直線向低頻延伸，到頻率35mHz時(shí)才達(dá)到了電荷飽和。

表1是在3種電解液中以10mA/cm2電流密度恒流充放電時(shí)超級(jí)電容器容量比較?？梢钥闯觯涸贏N和AN＋PC電解液中的比容量相近，而PC電解液中的比容量相對(duì)偏低。這與從循環(huán)伏安掃描得到的結(jié)果一致。

表2展示了在1mol/L Et4NBF4/AN+PC（1∶1）電解液中，電容器不同溫度下的比容量。從表中數(shù)據(jù)可以看到：溫度對(duì)電容器容量雖有一定影響，但并不像在化學(xué)電源中表現(xiàn)的那樣嚴(yán)重，表明超級(jí)電容器具有良好的溫度特性，具有寬闊的工作溫度區(qū)間。

圖3是采用500mA(相當(dāng)于10mA/cm2)恒流充放電方法，電容器在3種電解液中循環(huán)5000次，電壓工作范圍是1.3~2.5V。不難看出，在AN和混合電解液中，電容器的穩(wěn)定性和比容量都有良好表現(xiàn)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于PC電解液的電容器。

3結(jié)論

碳基雙電層超級(jí)電容器在1mol/LEt4NBF4/PC、AN和（AN＋PC）電解液中的電化學(xué)性能測試結(jié)果表明：PC電解液的分子量和黏度較大，與碳電極形成的雙電層比容量較?。籄N電解液的電導(dǎo)率高，與碳電極形成的雙電層比容量大，但有一定毒性又易揮發(fā)；而（AN＋PC）混合電解液與碳電極形成的雙電層比容量、以及大電流放電性能與AN電解液的相當(dāng)，且具有寬廣的工作溫度區(qū)間。因此，將AN和PC按一定比例混合形成混合電解液應(yīng)用于超級(jí)電容器中是較為理想的選擇。

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