基于碳材料和二氧化錳的復合型超級電容器性能研究

4.3復合電極的阻抗特性

圖5為復合電極的交流阻抗譜圖。復合電極的內(nèi)電阻主要是由電極材料與鉭箔集流體之間的接觸電阻、電子電阻及離子電阻等構成，在高頻區(qū)的阻抗圓起始點反映了電容器等效串聯(lián)電阻的大小，而阻抗圓的半徑某種程度上又反映了傳遞電阻。由圖5可以看出，D電極表現(xiàn)出了良好的阻抗特性。這是由于活性炭基體為沉積其上的二氧化錳提供了一個導電性良好的網(wǎng)絡，當二氧化錳的含量在30%（質(zhì)量分數(shù)）時，電容的等效串聯(lián)電阻為0.405Ω。同時，對于理想電極而言，阻抗的復平面應該是垂直于實軸的直線，盡管對D電極來說，在低頻區(qū)看到了明顯的電容特性，但仍偏離了理想電容的特性。這是由于活性炭孔徑分布不均勻，2mV的交流信號在同樣頻率下的滲透情況不同，電解液離子較易滲入大孔，而對小孔，微孔則較難滲入，造成了頻率分散，而這也是在低頻范圍內(nèi)電極的阻抗行為偏離理想直線的主要原因。

此外由圖5也可以看出，當電極中碳納米管的含量增加時，傳遞電阻呈現(xiàn)遞減的趨勢。這是由于碳納米管在導電性上具有活性炭不可比擬的優(yōu)點：碳納米管可以看成是六邊形的石墨層在空間通過360°卷曲而成，隨著在電極中含量的增加，碳納米管交織纏繞的程度增大，為電解液離子提供了良好的導電通道。因此，隨著含量的增加，阻抗圓的半徑減小，使得復合電極材料的阻抗特性越好。

5結論

以碳材料作為基體的超級電容器具有高比容和高功率特性。通過探討電極材料的配比時發(fā)現(xiàn)，當復合電極由30%的二氧化錳、60%的活性炭粉末和10%的乙炔黑導電劑組成時，若采用6mol/L的KOH溶液作為電解液，電極的比容達到126F/g，內(nèi)阻為0.405Ω，具有良好的循環(huán)伏安特性和充放電特性，滿足了高功率放電的要求。此外，碳納米管的導電性優(yōu)于活性炭粉末，復合電極中碳納米管含量的增加，較好的改善了電極的阻抗特性，但是同時由于其微孔比例較大，有部分表面積沒有參與雙電層反應，是實際意義上的無用表面積，從而降低了電容容量。因此得出結論，經(jīng)上述優(yōu)化配比構成的超級電容器，是一種性能優(yōu)良的新型儲能器件，在脈沖功率電源，電動汽車領域能發(fā)揮較好的電源釋能作用。

參考文獻

[1]李晶,賴延清,李頡.超級電容器復合電極材料的研究進展[J].材料導報,2005,8(19):13-14.

[2]張莉,鄒積巖,郭瑩.40V混合型超級電容器單元的研制[J].電子學報，2004,32(8):1253-1255.

[3]Hee.Y.L.ElectrochemicalcapacitorswithKCLelectrolyte[J].C.R.Acad.Sci，1999:565-577.

[4]秦川麗,董楠,譚強.KOH活化對超級電容器用活性炭的影響[J].黑龍江大學自然科學學報，2009,2(26):35-38.

[5]葉曉燕.直立碳納米管超級電容器的研究[J].電化學，2008,2(14):25-26.

[6]汪形艷,王先友,楊紅平.超級電容器電極材料納米α-MnO2的制備及性能研究[J].湘潭大學自然科學學報，2004,9(26):88-90.