双电层电容器电化学阻抗谱的实验研究

孙现众 黄博 张熊 张大成 张海涛 马衍伟

引用本文: 孙现众, 黄博, 张熊, 张大成, 张海涛, 马衍伟. 双电层电容器电化学阻抗谱的实验研究[J]. 物理化学学报, 2014, 30(11): 2071-2076. doi: 10.3866/PKU.WHXB201408292 shu
Citation:  SUN Xian-Zhong, HUANG Bo, ZHANG Xiong, ZHANG Da-Cheng, ZHANG Hai-Tao, MA Yan-Wei. Experimental Investigation of Electrochemical Impedance Spectroscopy of Electrical Double Layer Capacitor[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(11): 2071-2076. doi: 10.3866/PKU.WHXB201408292 shu

双电层电容器电化学阻抗谱的实验研究

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51307167, 51025726)资助项目 (51307167, 51025726)

摘要:

电化学阻抗谱(EIS)是一种很有用的研究电化学性能的技术. 理想的双电层电容器(EDLC)阻抗谱的尼奎斯特图由中高频的45°线和低频的与实轴垂直的直线组成, 可以用孔径分布-传输线模型来解释. 然而, 在研究工作中还发现, 在阻抗谱的高频区出现了半圆弧区域, 为此, 提出的等效模型认为半圆弧可以归因于活性材料之间的接触电阻和接触电容, 以及电极与集流体之间的接触电阻与接触电容. 还研究了充电过程、活性炭和电解液的电导率、导电添加剂和粘结剂的含量、隔膜、活性物质附载量和极片加压等因素对阻抗谱的影响. 其中, 充电截止电压、活性炭的电导率、导电添加剂的含量和极片加压对半圆弧部分影响较为显著.

English

    1. [1]

      (1) Musiani, M.; Orazem, M.; Tribollet, B.; Vivier, V. Electrochim. Acta 2011, 56, 8014. doi: 10.1016/j.electacta.2010.12.004

      (1) Musiani, M.; Orazem, M.; Tribollet, B.; Vivier, V. Electrochim. Acta 2011, 56, 8014. doi: 10.1016/j.electacta.2010.12.004

    2. [2]

      (2) Taberna, P.; Simon, P.; Fauvarque, J. F. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A292.(2) Taberna, P.; Simon, P.; Fauvarque, J. F. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A292.

    3. [3]

      (3) Aurbach, D.; Markovsky, B.;Weissman, I.; Levi, E.; Ein-Eli, Y. Electrochim. Acta 1999, 45, 67. doi: 10.1016/S0013-4686(99)00194-2(3) Aurbach, D.; Markovsky, B.;Weissman, I.; Levi, E.; Ein-Eli, Y. Electrochim. Acta 1999, 45, 67. doi: 10.1016/S0013-4686(99)00194-2

    4. [4]

      (4) de Levie, R. Electrochim. Acta 1963, 8, 751. doi: 10.1016/0013-4686(63)80042-0(4) de Levie, R. Electrochim. Acta 1963, 8, 751. doi: 10.1016/0013-4686(63)80042-0

    5. [5]

      (5) Song, H. K.; Jung, Y. H.; Lee, K. H.; Dao, L. H. Electrochim. Acta 1999, 44, 3513. doi: 10.1016/S0013-4686(99)00121-8(5) Song, H. K.; Jung, Y. H.; Lee, K. H.; Dao, L. H. Electrochim. Acta 1999, 44, 3513. doi: 10.1016/S0013-4686(99)00121-8

    6. [6]

      (6) Song, H. K.; Sung, J. H.; Jung, Y. H.; Lee, K. H.; Dao, L. H.; Kim, M. H.; Kim, H. N. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, E102.(6) Song, H. K.; Sung, J. H.; Jung, Y. H.; Lee, K. H.; Dao, L. H.; Kim, M. H.; Kim, H. N. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, E102.

    7. [7]

      (7) Sun, X. Z.; Zhang, X.; Zhang, H. T.; Zhang, D. C.; Ma, Y.W. J. Solid State Electrochem. 2012, 16, 2597. doi: 10.1007/s10008-012-1678-7(7) Sun, X. Z.; Zhang, X.; Zhang, H. T.; Zhang, D. C.; Ma, Y.W. J. Solid State Electrochem. 2012, 16, 2597. doi: 10.1007/s10008-012-1678-7

    8. [8]

      (8) Sun, X. Z.; Zhang, X.; Zhang, H. T.; Huang, B.; Ma, Y.W. J. Solid State Electrochem. 2013, 17, 2035. doi: 10.1007/s10008-013-2051-1(8) Sun, X. Z.; Zhang, X.; Zhang, H. T.; Huang, B.; Ma, Y.W. J. Solid State Electrochem. 2013, 17, 2035. doi: 10.1007/s10008-013-2051-1

    9. [9]

      (9) Sun, X. Z.; Zhang, X.; Huang, B.; Ma, Y.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 485. [孙现众, 张熊, 黄博, 马衍伟. 物理化学学报, 2014, 30, 485.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201401131(9) Sun, X. Z.; Zhang, X.; Huang, B.; Ma, Y.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 485. [孙现众, 张熊, 黄博, 马衍伟. 物理化学学报, 2014, 30, 485.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201401131

    10. [10]

      (10) Lewandowski, A.; Olejniczak, A.; Galinski, M.; Stepniak, I. J. Power Sources 2010, 195, 5814. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.03.082(10) Lewandowski, A.; Olejniczak, A.; Galinski, M.; Stepniak, I. J. Power Sources 2010, 195, 5814. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.03.082

    11. [11]

      (11) Qu, Q. T.;Wang, B.; Yang, L. C.; Shi, Y.; Tian, S.;Wu, Y. P. Electrochem. Commun. 2008, 10, 1652. doi: 10.1016/j.elecom.2008.08.020(11) Qu, Q. T.;Wang, B.; Yang, L. C.; Shi, Y.; Tian, S.;Wu, Y. P. Electrochem. Commun. 2008, 10, 1652. doi: 10.1016/j.elecom.2008.08.020

    12. [12]

      (12) Ruch, P.W.; Cericola, D.; Foelske-Schmitz, A.; Kötz, R.; Wokaun, A. Electrochim. Acta 2010, 55, 4412. doi: 10.1016/j.electacta.2010.02.064(12) Ruch, P.W.; Cericola, D.; Foelske-Schmitz, A.; Kötz, R.; Wokaun, A. Electrochim. Acta 2010, 55, 4412. doi: 10.1016/j.electacta.2010.02.064

    13. [13]

      (13) Kossyrev, P. J. Power Sources 2012, 201, 347. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.10.106(13) Kossyrev, P. J. Power Sources 2012, 201, 347. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.10.106

    14. [14]

      (14) Dsoke, S.; Tian, X.; Taubert, C.; Schluter, S.;Wohlfahrt-Mehrens, M. J. Power Sources 2013, 238, 422. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.04.031(14) Dsoke, S.; Tian, X.; Taubert, C.; Schluter, S.;Wohlfahrt-Mehrens, M. J. Power Sources 2013, 238, 422. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.04.031

    15. [15]

      (15) Zhong, H. X.; Zhao, C. B.; Luo, H.; Zhang, L. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2641. [仲皓想, 赵春宝, 骆浩, 张灵志. 物理化学学报, 2012, 28, 2641.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201207181(15) Zhong, H. X.; Zhao, C. B.; Luo, H.; Zhang, L. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2641. [仲皓想, 赵春宝, 骆浩, 张灵志. 物理化学学报, 2012, 28, 2641.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201207181

    16. [16]

      (16) Zuo, X. X.; Li, Q.; Liu, J. S.; Xiao, X.; Fan, C. J.; Nan, J. M. Acta Chim. Sin. 2012, 70, 367. [左晓希, 李奇, 刘建生, 肖信, 范成杰, 南俊民. 化学学报, 2012, 70, 367.](16) Zuo, X. X.; Li, Q.; Liu, J. S.; Xiao, X.; Fan, C. J.; Nan, J. M. Acta Chim. Sin. 2012, 70, 367. [左晓希, 李奇, 刘建生, 肖信, 范成杰, 南俊民. 化学学报, 2012, 70, 367.]

    17. [17]

      (17) Conway, B. E. Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications; Kluwer Academic/Plenum Publishers: New York, 1999.(17) Conway, B. E. Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications; Kluwer Academic/Plenum Publishers: New York, 1999.

    18. [18]

      (18) Nian, Y. R.; Teng, H. J. Electroanal. Chem. 2003, 540, 119. doi: 10.1016/S0022-0728(02)01299-8(18) Nian, Y. R.; Teng, H. J. Electroanal. Chem. 2003, 540, 119. doi: 10.1016/S0022-0728(02)01299-8

    19. [19]

      (19) Huang, C.W.; Hsu, C. H.; Kuo, P. L.; Hsieh, C. T.; Teng, H. Carbon 2011, 49, 895. doi: 10.1016/j.carbon.2010.10.053(19) Huang, C.W.; Hsu, C. H.; Kuo, P. L.; Hsieh, C. T.; Teng, H. Carbon 2011, 49, 895. doi: 10.1016/j.carbon.2010.10.053

    20. [20]

      (20) Huang, C.W.; Chuang, C. M.; Ting, J. M.; Teng, H. J. Power Sources 2008, 183, 406. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.04.075(20) Huang, C.W.; Chuang, C. M.; Ting, J. M.; Teng, H. J. Power Sources 2008, 183, 406. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.04.075

    21. [21]

      (21) Takeuchi, M.; Koike, K.; Mogami, A.; Maruyama, T. Electric Double-layer Capacitor and Carbon Material Therefor. US Patent Application. 20020039275A1, 2002-04-04.(21) Takeuchi, M.; Koike, K.; Mogami, A.; Maruyama, T. Electric Double-layer Capacitor and Carbon Material Therefor. US Patent Application. 20020039275A1, 2002-04-04.

    22. [22]

      (22) Cericola, D.; Ruch, P.W.; Foelske-Schmitz, A.;Weingarth, D.; Kötz, R. Int. J. Electrochem. Sci. 2011, 6, 988.(22) Cericola, D.; Ruch, P.W.; Foelske-Schmitz, A.;Weingarth, D.; Kötz, R. Int. J. Electrochem. Sci. 2011, 6, 988.

    23. [23]

      (23) Azaïs, P.; Duclaux, L.; Florian, P.; Massiot, D.; Lillo-Rodenas, M. A.; Linares-Solano, A.; Peres, J. P.; Jehoulet, C.; Béguin, F. J. Power Sources 2007, 171, 1046. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.07.001(23) Azaïs, P.; Duclaux, L.; Florian, P.; Massiot, D.; Lillo-Rodenas, M. A.; Linares-Solano, A.; Peres, J. P.; Jehoulet, C.; Béguin, F. J. Power Sources 2007, 171, 1046. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.07.001

    24. [24]

      (24) Ruch, P.W.; Cericola, D.; Foelske, A.; Kötz, R.;Wokaun, A. Electrochim. Acta 2010, 55, 2352. doi: 10.1016/j.electacta.2009.11.098(24) Ruch, P.W.; Cericola, D.; Foelske, A.; Kötz, R.;Wokaun, A. Electrochim. Acta 2010, 55, 2352. doi: 10.1016/j.electacta.2009.11.098

    25. [25]

      (25) Chen, Y.; Zhang, X.; Yu, P.; Ma, Y.W. Chem. Commun. 2009, 4527.(25) Chen, Y.; Zhang, X.; Yu, P.; Ma, Y.W. Chem. Commun. 2009, 4527.

    26. [26]

      (26) Xu, B.; Yue, S. F.; Sui, Z. Y.; Zhang, X. T.; Hou, S. S.; Cao, G. P.; Yang, Y. S. Energ. Environ. Sci. 2011, 4, 2826. doi: 10.1039/c1ee01198g(26) Xu, B.; Yue, S. F.; Sui, Z. Y.; Zhang, X. T.; Hou, S. S.; Cao, G. P.; Yang, Y. S. Energ. Environ. Sci. 2011, 4, 2826. doi: 10.1039/c1ee01198g

    27. [27]

      (27) Kötz, R.; Ruch, P.W.; Cericola, D. J. Power Sources 2010, 195, 923. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.08.045(27) Kötz, R.; Ruch, P.W.; Cericola, D. J. Power Sources 2010, 195, 923. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.08.045

    28. [28]

      (28) Bittner, A. M.; Zhu, M.; Yang, Y.;Waibel, H. F.; Konuma, M.; Starke, U.;Weber, C. J. J. Power Sources 2012, 203, 262. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.10.083(28) Bittner, A. M.; Zhu, M.; Yang, Y.;Waibel, H. F.; Konuma, M.; Starke, U.;Weber, C. J. J. Power Sources 2012, 203, 262. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.10.083

    29. [29]

      (29) Portet, C.; Taberna, P.; Simon, P.; Laberty-Robert, C. Electrochim. Acta 2004, 49, 905. doi: 10.1016/j.electacta.2003.09.043(29) Portet, C.; Taberna, P.; Simon, P.; Laberty-Robert, C. Electrochim. Acta 2004, 49, 905. doi: 10.1016/j.electacta.2003.09.043

    30. [30]

      (30) Huang, X. J. Power Sources 2014, 256, 96. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.01.080(30) Huang, X. J. Power Sources 2014, 256, 96. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.01.080

    31. [31]

      (31) Sheeja, D.; Tay, B.; Leong, K.; Lee, C. Diam. Relat. Mater. 2002, 11, 1643. doi: 10.1016/S0925-9635(02)00109-7

      (31) Sheeja, D.; Tay, B.; Leong, K.; Lee, C. Diam. Relat. Mater. 2002, 11, 1643. doi: 10.1016/S0925-9635(02)00109-7

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  650
  • 文章访问数:  1082
  • HTML全文浏览量:  46
文章相关
  • 发布日期:  2014-10-30
  • 收稿日期:  2014-07-28
  • 网络出版日期:  2014-08-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章