李升憲，趙瑩，王會勤，胡曉宏，張建銀

（武漢大學化學與分子科學學院，湖北武漢430072）

摘要：以活性碳、石墨、CMC與SBR混合黏結劑為原料制備了EDLC。采用循環伏安、恒流充放電、交流阻抗等方法檢測了EDLC在不同有機電解液中的電化學行為。實驗結果表明：在1mol/L Et4NBF4/（AN+PC）(體積比1∶1)電解液中，EDLC具有優良的電化學性能。

超級電容器是介于傳統電容器和二次電池之間的一種新型儲能裝置，集高能量密度(與傳統電容器相比)、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。在通訊、電子、鐵路、特種、航天以及特種等領域具有廣泛的用途。利用超級電容和二次電池組成混合動力系統，能夠很好地滿足電動汽車起動、加速、能量回收等高功率的需要，近年來已成為研究的熱點[1-4]。電解質是超級電容器的重要組份部分，尋找合適的電解液是超級電容器目前研究的重點之一[5-7]。

1實驗

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

在兩片質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，將電極芯置于鋁復合膜包裝袋中，在手套干燥箱中注入有機電解液，封口，即成待測電化學雙電層超級電容器(EDLC)單體。

采用循環伏安(上海辰華儀器公司CHI600a)、恒流充放(深圳天久新威實業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，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電解液中的電化學性能。

2結果及討論

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伏安掃描曲線。從圖1可以看到，在PC電解液中出現的平臺電流很窄，而在AN和混合電解液中呈現出很寬的平臺電流，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更佳。

圖2是在開路狀態下，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。可以看出在3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軸的交點即是溶液內阻Rs。3種電容器溶液內阻的大小順序為PC＞AN+PC＞AN。這主要是因為碳酸丙烯酯的分子較乙腈大，所形成的離子半徑大，而且其黏度大，造成離子擴散受阻，使其內阻較大。低頻段，AN電解液電容器在250mHz頻率下出現電荷飽和（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），明顯地體現出電容特性，混合電解液中在255mHz達到電荷飽和，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時才達到了電荷飽和。

表1是在3種電解液中以10mA/cm2電流密度恒流充放電時超級電容器容量比較。可以看出：在AN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偏低。這與從循環伏安掃描得到的結果一致。

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。從表中數據可以看到：溫度對電容器容量雖有一定影響，但并不像在化學電源中表現的那樣嚴重，表明超級電容器具有良好的溫度特性，具有寬闊的工作溫度區間。

圖3是采用500mA(相當于10mA/cm2)恒流充放電方法，電容器在3種電解液中循環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，電容器的穩定性和比容量都有良好表現，且遠遠優于PC電解液的電容器。

3結論

碳基雙電層超級電容器在1mol/LEt4NBF4/PC、AN和（AN＋PC）電解液中的電化學性能測試結果表明：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小；AN電解液的電導率高，與碳電極形成的雙電層比容量大，但有一定毒性又易揮發；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，且具有寬廣的工作溫度區間。因此，將AN和PC按一定比例混合形成混合電解液應用于超級電容器中是較為理想的選擇。

參考文獻：

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