采用电化学双电层原理(利用双电层的静电容量工作，即储存在电极/电解液界面的双电层能量)的超级电容器——双电层电容器(Electric DoubleLayer Capacitor也叫功率电容器(Power Capacitor)，是一种介于普通电容器和二次电池之间的新型储能装置。集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身，具有工作温度宽、可靠性高、可快速循环充放电或快速充电长时间放电等特点。广泛用作微机的备用电源、太阳能充电器、报警装置、家用电器、照相机闪光灯和飞机的点火装置等，尤其是在电动汽车领域中的开发应用已引起举世的广泛重视。碳基电化学双电层电容器的性能在很大程度上取决于碳材料的性质，其中，电极材料的表面积、粒径分布、电导率、电化学稳定性等因素都能影响电容器的性能。目前研究认为能应用于电化学电容器的碳材料有活性碳粉末、纳米碳纤维、碳气溶胶等。本文以石油焦为原料，采用KOH活化法制备了高比表面积活性炭并组装成超级电容器及对其进行了电化学性能研究。
左晓希1，2，李伟善1
(1.华南师范大学化学系，广东广州510631;2.华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州510641)
1实验
1.1实验仪器及原料
仪器：管式马弗炉(沈阳)，KS康氏震荡器(江苏)，紫外可见756分光光度计(上海)，蓝电电池测试系统(武汉)，CHI66A电化学工作站(上海)。
原料：石油焦(广州黄埔石化炼油厂产，各成分的质量分数为：S2%、灰分018%、挥发分18%、固定炭含量7912%)，氢氧化钾(分析纯)，亚甲基蓝(化学纯)。
1.2高比表面积活性炭的制备
石油焦经烘箱干燥，待冷却后破碎并磨细，取180目筛下料作为制备高比表面积活性炭的原料。按一定比例(即碱炭比)称取研磨好的石油焦和KOH放入研钵中，再次研磨使其充分混合。混合物置于活化炉中，在N2气氛下，升温至800℃保温2h后自然冷却至室温。取出产物，洗涤过滤后，置于真空干燥箱中，在100℃左右烘干8h后于干燥器中备用。
1.3活性炭比表面积的测定
由于活性炭对亚甲基蓝溶液有很大的吸附倾向，所以可采用仪器简单，操作方便的亚甲基兰溶液吸附法测定高比表面积活性炭的比表面积。其原理为光吸收定律，即E=logI0/I=KCL，式中E为消光值，I0为入射光强度，I为透射光强度，K为消光系数，C为溶液浓度，L为液层厚度。
1.4活性炭电极的制备及超级电容器的简易组装
将活性炭粉末、导电剂石墨和粘结剂聚四氟乙烯乳液按照8∶1∶1的比例混合均匀，经磁力搅拌30min，得到粘稠状浆液。将该浆液涂于泡沫镍上，压片，厚度为018mm。在60～80℃于真空干燥箱中烘干，将制好的电极片在KOH溶液中浸泡24h，采用有纤维质的隔膜，组装成模拟的电容器，电解液为6mol/L的KOH溶液。抽真空，排出体系中的氧气后待测。
1.5双电层模拟电容器的电化学性能的测试
1.5.1模拟电容器恒电流充放电实验
本实验采用蓝电电池测试系统，在不同条件下对超级电容器进行恒流充放电实验，通过充放电曲线可得知电容器的工作情况和电容值。超级电容器的电容可据下列公式计算：
循环伏安法和交流阻抗方法是测试超级电容器电化学性能常用的实验方法。本实验通过循环伏安曲线来测定超级电容器的循环寿命和可逆性，还通过交流阻抗实验来研究电容器在不同电位条件下的阻抗和频率响应特性，其中，频率扫描范围是0.001Hz～5000kHz。
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