电容性能范文
电容性能范文（精选10篇）
电容性能 第1篇
本实验采用化学氧化法合成了盐酸掺杂导电聚苯胺(PANI),通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试研究了聚合物的电化学电容性能。
1 实验部分
1.1 盐酸掺杂聚苯胺的合成
取一定量的苯胺(反应前经常压二次蒸馏)和过硫酸铵(摩尔比1∶1)分别加入到1mol/L盐酸溶液中,搅拌溶解。将含有过硫酸铵的盐酸溶液逐滴加入到含有苯胺的盐酸溶液中,控制反应温度0℃,搅拌,持续反应4h,静置,抽滤,用丙酮和稀盐酸(0.01mol/L)各洗3次,以除去未反应的有机物和低聚物,然后用大量蒸馏水洗至中性,60℃干燥至恒重,研磨成粉末,保存备用。
1.2 电极制作
按7.5∶1.5∶1的质量比分别称取聚苯胺粉末、导电剂乙炔黑和粘结剂PTFE。将聚合物粉末、乙炔黑放入研钵中充分研磨使其均匀混合。加入一定量的乙醇后放在超声波清洗器中振荡至50℃,滴加PTFE振荡至糊状。然后将其均匀涂到石墨集流体上,60℃下干燥8h,20MPa压力下压片。
1.3 电化学性能测试
以聚苯胺电极为研究电极,光滑石墨电极为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极,在2mol/L H2SO4电解液中构成三电极体系。
分别采用CHI660A电化学工作站、LAND2001CT电池测试仪进行循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试。循环伏安测试电压扫描范围为-0.2~0.7V,扫速5mV/s。交流阻抗测试频率范围为100K~5MHz,交流电压幅值10mV。不同电流密度下恒流充放电终止电压为0.005~1V。
1.4 形貌分析
采用Hitachi S-3000N型扫描电子显微镜观察聚合物的表面形貌。
2 结果与讨论
2.1 聚苯胺的形貌分析
图1是低温下通过化学氧化聚合制备聚苯胺的SEM图,由图可以看出,聚合物呈颗粒状堆积,颗粒粒径约300~500nm,有部分团聚现象(在电极制作过程中加入分散剂使其均匀分散)。聚合物颗粒粒径较小,材料具有较大的比表面积,可以在产生氧化还原电容的同时产生较大的双电层电容,也有利于活性物质的充分利用。
2.2 恒流充放电测试
聚苯胺电极在不同电流密度下的充放电曲线如图2所示,电流密度分别为8mA/cm2、10mA/cm2和12mA/cm2。由于氯离子在聚合物电极中掺杂脱掺杂发生了氧化还原反应,存在法拉第准电容,充放电曲线都不是理想的线性三角波形。另外从图中可以看到,随着充放电电流密度增大,充放电时间相应减小。聚苯胺电极比电容可由下式计算:
Cs=I Δt/(m ΔE) (1)
其中,Cs为比电容,I为放电电流,m指聚苯胺材料的质量,ΔE为时间变化Δt时电极电势的变化量。电流密度为8mA/cm2、10mA/cm2和12mA/cm2时,电极比电容分别为512F/g、452F/g和289F/g。随着充放电电流密度增加,聚苯胺电极比电容下降。但是和其它电极材料相比,即使在高电流密度下,聚苯胺电极依然具有较高的比电容,说明盐酸掺杂聚苯胺适合用作电化学电容器的电极材料。
2.3 循环伏安测试
图3是聚苯胺电极在2mol/L H2SO4溶液中的循环伏安曲线,扫描速度为5mV/s,扫描电位范围 -0.2~0.7V。从图可以看到,聚苯胺电极在0.451V和-0.005V附近出现一对氧化还原峰,对应于氯离子在聚合物链中的掺杂脱掺杂过程。峰电位较宽,可能是由于不同掺杂状态引起的峰相互叠加造成的。
此外,聚苯胺电极的循环伏安曲线不同于炭电极(为近似的矩形),表现为双电层电容和法拉第准电容相结合的形式,将比炭电极具有更高的比电容,更适合用作电化学电容器的电极材料。
2.4 交流阻抗测试
聚苯胺电极经多次充放电循环后放电状态下的交流阻抗图谱见图4,实验参数为:交流电压幅值10mV,频率范围10K~5MHz。从图可以看出,曲线均由两部分构成,高频区的半圆、中低频区斜率为45°的直线。曲线高频端与实轴的截距代表电容器电解液的欧姆电阻Rs,高频区是由电荷传递过程引起的阻抗,半圆直径代表电荷传递电阻Rct,中低频区斜率为45°的直线表明Warburg阻抗的存在。由图知聚合物电极和炭电极的阻抗谱特征不同(炭电极在低频区是斜率接近90°的直线),说明聚苯胺电极以氧化还原电容为主。
随着充放电循环次数的增加,高频区半圆直径,即由电荷传递过程引起的阻抗稍有增加,可能是由于充放电过程中聚苯胺电极中的聚合物分子链部分发生坍塌,离子在聚合物中的掺杂脱掺杂过程变的困难而引起阻抗增大。但总体来讲,随循环次数增加,阻抗谱特征变化不大,说明聚苯胺具有较稳定的电化学性能。
2.5 循环性能测试
图5为聚苯胺电极的比电容与循环次数的关系曲线,电流密度为10mA/cm2。由图可知,聚合物的比电容开始稍有下降,随循环次数增加逐渐趋于稳定;经100次循环后,比电容为初始比电容的94.1%。多次循环后聚苯胺电极容量下降可
能是由于聚合物材料在循环过程中部分分解、活性降低等原因造成的。
3 结 论
在低温下通过化学氧化合成了盐酸掺杂聚苯胺,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗技术研究了聚合物的电化学电容性能。结果表明,聚苯胺具有良好的电化学特性,电流密度为8mA/cm2时聚合物电极在酸性电解液中比电容高达512F/g, 100次循环后比电容为初始容量的94.1%,循环性能良好。
摘要：低温下化学氧化合成了盐酸掺杂聚苯胺,采用扫描电子显微镜、恒流充放电、循环伏安和交流阻抗技术研究了聚苯胺的形貌和电化学电容性能。结果表明,低温下合成的聚合物呈颗粒状堆积,颗粒粒径约300500nm;电化学测试结果表明,电流密度为8mA/cm2时聚苯胺在酸性电解液中的单电极比电容高达512F/g,100次循环后比电容为初始容量的94.1%,循环性能良好。
关键词：聚苯胺,电容性能,电化学电容器
参考文献
[1]Guang-Yu Zhao,Hu-Lin Li.Preparation of polyaniline nanowi-re arrayed electrodes for electrochemical supercapacitors[J].Microporous and Mesoporous Materials,2008,110(2-3):590-594.
[2]Misra S C K,Maneesha Yadav,Prafull Mathur.Non-linear di-electric properties of vacuum deposited nanocrystalline polyani-line thin films[J].Thin Solid Films,2006,514(1-2):272-277.
[3]Frackowiak E,Khomenko V,Jurewicz K,et al.Supercapaci-tors based on conducting polymers/nanotubes composites[J].Journal of Power Sources,2006,153(2):413-418.
[4]Li-Jie Sun,Xiao-Xia Liu,Kim King-Tong Lau,et al.Electro-deposited hybrid films of polyaniline and manganese oxide innanofibrous structures for electrochemical supercapacitor[J].Electrochimica Acta,2008,53(7):3036-3042.
平行板电容器的电容演示 第2篇
演示效果如图1所示。
下载地址
http://teacher.100point.com/users/teacher/xiaozzs/Course/PH/02/CPH020000000121.swf
课件功能
课件动态地显示了电容器充电的微观过程，直观地揭示了影响电容器电容的诸多因素之间的关系。课件的交互性强，使用者可随意进行仿真实验，也可用来测试学生对上述问题的判断。
使用方法
1.点击开关，电容器充电，可看到A板的电子流向B板，充电完毕，两板分别带上等量异种电荷。
2.断开开关，使电量不变，进行“实验一”中的3个实验：分别点击左侧“实验一”中的“改变正对面积”等3个按钮，按照提示，研究3个因素对电容的影响。改变面积和改变两板间距离分别是拖动B板实现的；“电介质”条可拖动插入两板间，以改变电介质。静电计和两板间的电场线的变化表明了电势和场强的变化。
3.闭合开关，使电压不变，进行“实验二”中的3个实验。方法同上。
设计思路
开关的制作
开关要将闸刀与座分开，做成断开与闭合两个状态。在开关上写上控制开关两种状态和充电电流播放的代码。
充电电流用引导线单独做成mc，在第1帧写上stop。
静电计的制作
指针要单独绘制。为了区别充电断开与未充电断开两种状态，我们叠放了两个同样的静电计，通过转换指令实现了两种状态的替代。
平行板的制作
A板固定，B板可控制向上、向右移动，以改变正对面积和两板距离。由红、绿色表示的正负电荷，每一个都是mc，并分别命名为q1、q2，均匀排列在两板上。与电荷对应的电场线也做成mc并命名。与B板相连的导线，做成mc，由指令控制它跟随B板转动和平动。
场景的分布
由于本课件涉及充电和6个小实验，所以由7个场景组成。我们在“平行板电容器”的场景中，安排了7个帧，每个帧对应1个状态。如第1帧为充电，第2～4帧为电量不变的3个状态；第5～7帧为电压不变的3个状态。
时间轴如图2所示。
在主场景中，由6个按钮控制场景的跳转。
主要的脚本写在“平行板电容器”场景的第1帧上。
无功补偿技术与电容器性能的分析 第3篇
在电力系统中各种电器设备、电器元器件都是在一定的电压值和电流值下运用而设计的, 各种电器设备、元器件最终表现为功率关系.即有功功率undefined。可见, 有功功率不仅决定于电压和电流的乘积, 而且与它们的相位差有关, 式中cosφ称为功率因数, 指利用率。设备的利用率越高越好。例如:一个发电厂, 发电机的装机容量为10000kVA.这是发电机的最大输出功率, 即S=UI为视在功率。若发电机的cosφ1=1, 发电厂能向用户提供10000kW的有功功率, 当发电机的cosφ2=0.7时, 发电厂只能向用户提供7000kW的有功功率。用户的功率因数cosφ3=0.85时, 用户最大能从发电厂吸取8500kW的功率。此例说明, 电能的输送能量和利用率是由发电、输电、用电三者来决定的。我国能源部门对电力系统有一个统一的考核指标, 那就是功率因数cosφ⊇0.9。功率因数如此重要, 那就应该将功率因数提高到人们所希望的数值。
用例子说明, 提高功率因数cosφ在电机制造中的意义。某种电机, 电机功率为10kW, 额定电压为AC220V, 为0.7, 若将提高到0.85电机制造中有什么变化?
例1:已知P=10kW, U=220V, cosφ1=0.7, 电机视在功率undefinedkVA, Q1=S1cosφ1=14.30.714=10.21kVA, 又可以undefinedkVA, 此种电机体积较大。
例2: 已知P=10kW, U=220V, cosφ2=0.85, 电机视在功率undefinedkVA, undefinedkVA, 此种电机体积较小。
两个例子说明, 电机的功率同样为10kW, 功率因数不同, 企业制造电机中所消耗贵重金属的用量也不同, 功率因数越高, 越节约材料, 企业的技术就越先进。所以, 功率因数是一个综合指标, 总体反映了一个企业的技术水平。以上理论分析证明, 提高功率因数对电力事业的发展以及节能降耗, 有着重要作用。
总之, 利用电容器补偿具有先进的科学性和显著的社会效益, 其意义如下几点:
1) 减少无功功率, 提高功率因数。
2) 提高电源设备运行能力, 由于有功功率P=Scosφ, 当设备的视在功率S一定时, 如果cosφ提高, 电气设备的有功输出也就得以提高。
3) 降低功率损耗和电能损失。
在三相交流电路中, 功率损耗undefined (此式对单相同样适用) , 当功率因数提高后, 功率损失大大降低, 使得在线路上和变压器中的电能损失下降。
2 交流电路中的电气元件性能分析
2.1 交流电路中的电感特性
在交流电路中, 电感是最基本的元件之一, 如, 电动机、电焊机、变压器、变频器及导线本身都存在电感 (为分析忽略了电感中的电阻) 。对于电感元件, 两端的电压和其中的电流关系如式表示:undefined, 当正弦电流i=Imsinωt通过电感时, 电感两端电压:
undefined
上式表明, 电感的电压u与电流i为同频率的正弦量, 而电压比电流相位超前undefined或90°。u=xLI=ωLI=2πfL, 故:undefined。
我们还注意到, XL=ωL=2πfL, 感抗与频率和电感L有关。
2.2 交流电路中的电容特性
电容是表征极板间储存电荷的物理量, 即undefined, 当把电容器接在u=Usinωt的线路中, 则电容中的电流:
undefined
式中Im=ωcUm, 由上式可见电容中的电流i与电压u为同频率的正弦量, 而在相位上电流则超前电压undefined或90°。 电容中电流与电压极大值或有效值的关系为:
undefined, 或undefined, 我们注意到容抗undefined与ω及C两个量有关系。要提高功率因数cosφ的值, 必须尽可能减小阻抗角φ。这就必须根据负载的阻抗特性和实际需要, 采取不同的措施。在工业企业中, 广泛采用三相感应电动机, 这相当于感性负载。为了提高这类电路的功率因数, 可以在负载的输入端口上并联合适的电容器, 也就是增加容性负载, 减小阻抗角φ。
3 补偿容量的确定和补偿方式的选择
无功补偿技术的应用越来越广泛, 但是怎样确定补偿容量将是这一技术推广和应用的关键, 下面将通过计算进行分析。
例如:在380V的电力线路中, 某企业消耗的有功功率为560kW, 功率因数cosφ=0.7, 今欲使功率因数提高到0.95, 试求补偿前后功率之间有什么变化?补偿容量为多少?
当cosφ2=0.95时,
undefinedkVA, Q2=S2sinφ2=589.50.312=184kVA。
节约的视在功率undefinedkVA。
通过上面的计算说明, 功率因数cosφ1=0.7时, 要满足560kW的有功负荷, 变压器容量至少需要800kVA。当功率因数提高到cosφ2=0.95后, 变压器容量至少需要630kVA。这样, 会减少企业的一次性投资。
解2:无功容量的确定:
当cosφ1=0.7时, 电路中的电流undefined的无功分量I1无=I1sinφ1=2105.30.714=1503.5A;当cosφ2=0.95时, 电路中的电流undefined的无功分量I2无=I2sinφ2=15510.312=484A, 补偿的无功电流即电容器电流IC=I1无-I2无=1503.5A-484A=1020A, 因电容器undefined, 则undefined。电容器的选型为BSMJ0.4-30-3 (单台电容器undefined台, 取14台。
如果将上式的I1无和I2无分别表示为:undefined, 则undefinedφ2) , 又因QC=ωCU2, 所以QC=P (tgundefined。
此式就是人们计算无功补偿容量的基本公式, 结合笔者多年的工作经验, 对电容补偿有以下认识:
1) 实际应用中, 并不要求将功率因数提高到1, 这样做要用较大的电容值, 而带来的经济效果并不显著。综合考虑, 功率因数最好在0.92～0.96之间, 因为功率P是综合平均功率, 随负荷变化的, 当cosφ2=0.9时, 容易造成欠补偿。当cosφ2=0.98时, 容易造成过补偿。欠补偿和过补偿都是不允许的。
2) 公式法和查表法, 主要是用于提高或改善用户的功率因数, 对于高压终端和低压终端比较适用, 但不适用就地补偿。
3) 当输电线路较长, 其末端电压下降较大, 在输电线路途中装投电容器装置, 可以减少电压的下降, 上述公式法和查表法并不适用, 要利用串联电容器来补偿。
4) 在一次变电所, 二次变电所, 输配电变电所, 不能应用上述公式法和查表法决定电容器的补偿容量, 要用计算法来估计电容器的补偿容量。
5) 无功补偿电容器是关键, 就电力电容器而言, 共9个系列, 若干规格品种。但只有并联电力电容器、高压并联电力电容器和低压并联电力电容器能用于补偿无功功率, 提高功率因数。无功电容器的补偿是多种电器元件的组合技术。
通过上面的讨论, 对无功补偿有了更明确的认识, 但随着电力自动化, 办公自动化及家用电器的广泛使用, 电力系统的谐波污染日益加剧, 直接影响电力质量和电力设备的安全运行。无功电容器的补偿对某次谐波又起了放大作用, 对电力系统产生负面影响, 这是我们工作中面对的实际问题。要不断加强理论学习, 把无功补偿技术和谐波治理结合起来, 推动技术进步, 为我国电力发展和节能降耗发挥更大的作用。
摘要：随着电力自动化, 办公自动化及家用电器的广泛使用, 电力系统的谐波污染日益加剧, 直接影响电力质量和电力设备的安全运行。无功电容器的补偿是多种电器元件的组合技术。阐述了电力系统无功补偿与电容器的性能分析, 并进行实例了计算。
解构超级电容（上） 第4篇
这些报道所指向的，是同一项新能源技术：超级电容。随着移动电子设备越来越多，普通民众对于这样的技术也越来越关注了。
原理很难懂，但还是要说
电子电路中有三种基本构成，电容就是其中之一。将两个可以带电的导体极板中间用一层不导电的绝缘体隔开，我们就得到了一个最简单的电容。
电容是可以充放电的。当电容的两个极板分别接到一个直流电源的两极时，电路中的电子就会发生流动，两个极板会带上相反的电荷，这些电荷导致两个极板之间出现一个电势差，其方向和外加电势相反。随着电荷的积累，电容的两个极板之间的电势差越来越高，最终和外加电势相等，此时电荷就不再发生定向流动，电容充电完成。
如果把已经充上电的外加电源去掉，由于电容的两个极板之间被绝缘体分隔，两个极板上的电荷也就不会互相中和，而是会保留在电极上，同时也就使得上述的反向电势差被保留下来。这时用一个导电回路把电容的两个极板重新连接，电荷就会从电容的正极通过外电路流向电容的负极，发生放电现象。电容的所有功能，都建立在这种充放电过程的基础上。利用这种过程，电容可以改变电路的输入或者输出特性，也可以用于储能。
很不幸的是，电容器作为储能装置由于其本身的特性，有个致命的缺点……
在整个充放电过程中，电容的极板上的电荷和电势差是成比例的，这个比例系数我们称为电容的电容量c，其国际单位为法拉，记为F。一个电容量为一法拉的电容，极板上带电一库仑的时候，两极板之间的电势差也恰好为一伏特。通过简单的微积分计算可以知道，如果充电完成的时候电容两极的电势差（也叫电压）为U，那么电容器中储存的电能E就等于U的平方乘以C除以2。因此，电压越高，电容器中储存的能量越大。
这个电压并不能一直上升，而是有一个极限。我们把这个极限称为击穿电压，其大小由两个极板之间的绝缘体的性质决定。一旦电容器两极板之间的电压超过了击穿电压，绝缘体也会导电，电流将会直接通过它从正极流向负极。这时，一般的电容往往会发生剧烈的放电现象，发热、发光、出现电火花。秋天穿毛衣的人想必会对脱毛衣时那些噼噼啪啪的声响和小小的电火花有着深刻的记忆一尤其是被它们打到身上带来的那一阵痛感。雷雨天的闪电事实上也是一种电容的击穿放电现象，闪电的两端就是一个巨大电容的两极。
作为一种储能装置的电容，其储能能力是由其电容量和击穿电压决定的。击穿电压越高，电容量越大，电容的储能能力也就越强。当然，同样结构的电容越大，电容量也就越大。要衡量一种电容器的储能能力，我们需要用其单位体积的储能量来衡量。单位体积的电容器所能储存的最大电能，我们称之为这种电容的储能密度。它等于电容器的电容除以电容器的体积，再乘以击穿电压的平方。
我们在电子电路中常见的电容器，其电容值都很小，最常用的单位是微法（μF），也就是0.000001法拉。其体积一般在零点几个立方厘米。大型电容的外壳等部分所占的比例小，储能密度会略有提升，但显然，这种电容的储能密度是很可悲的。要靠这样性能的电容来取代电池作为储能装置，我们用的手机非得带上一个书包大小的电容匣子不可……想象一下背上背着一个电容包用手机的生活？因此，尽管人类历史上自第一个人造电容就是用于储存电能的莱顿瓶，但是在电气时代里，人们对于电容的储能功能并不太重视，也很少用到——要储存电能，小的有电池，大的有储能电站、飞轮，储能电容器根本无用武之地。
历史不长，但越来越重要
1972年，专门研究未来学的罗马俱乐部发出了他们的第一份报告，即在全球引起轩然大波的《增长的极限》。该报告指出，人类工业社会所使用的化石能源是有限的，在未来将会枯竭。同时，过度使用化石能源还会带来温室效应，威胁人类的生存。随后1 973年石油危机的爆发进一步加重了人们对于能源问题的担忧。
除了开发利用新的天然能源外，提高能源利用率的储能装置和电池也成为了重要的研究方向。随着电池的应用日渐增多，电池在性能上的天然不足也越来越明显。在这样的情况下，自1983年日本NEC公司推出第一款超级电容商品之后，超级电容作为一种新的储能装置，再次出现在人们的视野中。
其实，超级电容的模型早在1957年就出现了。所利用的原理更是早在1853年就已经出现最早的理论模型：溶液双电层现象。从原理上说，超级电容其实应该叫做双电层电容。
在电解质溶液中，如果在电极表面施加一个没有超过电解质分解电压的电势，那么电解质中的正离子和负离子会由于外加电势的影响出现重新排布，形成一个反向电势分布来平衡外加电势。这种重新排布的程度和电势分布成指数关系，很小的电势变化就能引起空间电荷密度很大的变动。由于这种电荷密度变化对电势变化的敏感性，上述平衡只需要很短的距离——几个到几十个纳米就能完成。这意味着电能几乎是“贴在”超级电容的电极表面，也就是说超级电容的电容介质厚度可以非常薄。通过特殊的制造技术，单位体积内超级电容的电极表面积可以非常大，电容量也就相应很高——可以比传统电容器高出六七个数量级。尽管电解质的分解电压通常远远低于传统电容中绝缘介质的击穿电压，最后超级电容总的储能密度较传统电容器仍然也可以高出三到四个数量级。
做一个形象比喻的话，传统电容储存电能的方式就像是用一个气球装气体，超级电容则就像是用一团内部布满了沟回和皱褶的“活性炭”，把气体吸附在表面上。气球内部的压力比活性炭内部高得多，但是活性炭在单位体积内却可以吸附更多的气体。
经过多年的研究，现在超级电容的电容量常常达到数干法拉，储能密度可达100多瓦·小时/升，和锂电池的常见储能密度已经处于同一个数量级。
正所谓“斯人也，而有斯疾”，超级电容器本身的原理决定了，它和蓄电池相比，具备一些显著的优点，也同样有着一些显著的缺点。亲爱的读者，您是否能从上面讲述的电容和超级电容的工作原理和特性推断出这些优缺点呢？
电容性能 第5篇
超级电容器用活性炭电极材料的性质取决于前驱体和特定的活化工艺[11,12],所制备的活性炭的孔隙结构、比表面积、电活性官能团及电极的润湿性等因素都会影响碳电极的电化学行为,其中高的比表面积和发达的孔径结构是产生具有高容量和快速电荷传递双电层结构的关键。以KOH为活化剂的化学活化法是制备活性炭电极材料的重要方法之一[13,14]。KOH化学活化过程包括KOH与碳前驱体之间的固-固反应和液-固反应。在低温下碱金属化合物可以有效脱除官能团中的氢;在较高温度下KOH与碳前驱体表面的一些官能团反应,生成CO和K,这些官能团作为活化过程中的活性点,将有效促进化学活化的进行。
本实验以煤焦油沥青为前驱体,经中间相调制的碳化过程后,采用化学活化法制备高容量碳电极材料;考察了活化工艺(活化温度和碱碳比)对活性炭孔隙结构和电化学行为的影响;分析探讨了不同活化工艺条件下活性炭孔隙结构的形成机制及其对电化学行为的影响。
1 实验
1.1 碳电极材料的制备与表征
将煤焦油沥青(武汉钢铁公司提供)在500℃于氩气气氛下进行中间相调制处理,碳化时间为4h,得到不同中间相含量的中间相沥青。再将中间相沥青碾磨,过100目筛,然后与KOH(上海试剂站,分析纯)混合,热处理气氛为:氩气气流(60mL/min),加热速率5℃/min,保温时间2h。所制备的活性炭电极材料定义为AC(活性炭)4(碱碳比)-800(活化温度)。不同样品的制备条件如表1所示(中间相调制温度均为500℃),用Autosorb-6型N2吸附仪测试活性炭电极材料的比表面积和孔隙结构,在77K测得氮气吸附等温线。通过HK和BJH方法计算多孔活性炭中中孔和微孔的含量。
1.2 活性炭电极的制备与测试
将自制活性炭、乙炔黑(上海惠普科技有限公司提供)和聚偏氟乙烯(PVDF,上海惠普科技有限公司提供)按质量比80∶10∶10加入烧杯内,同时加入少量N-二甲基吡咯烷酮(NMP,上海试剂站提供)混合2h,得到均匀的粘稠状电极活性浆料,采用自制的刮浆机将其涂覆在0.02mm厚的铝集流体(广东梅雁金属材料公司提供)上。于100℃干燥10h,再用面积为0.785mm2的专用打孔器截取相应面积的电极片,每片电极的载碳量为2mg/cm2。
模拟电容器由两片电极片面对面地组装而成,以1mol/L (C2H5)4NBF4/PC溶液(深圳新宙邦公司提供)作为有机电解液,采用NKK公司提供的4020型有机系超级电容器专用隔膜,在由EG&G 270A恒电位仪和锁相放大器组成的电化学工作站上测试电容器的充放电性能,再根据恒电流充放电曲线斜率计算电极的比电容量。
2 结果与讨论
2.1 活化工艺对活性炭N2吸附等温线的影响
图1和图2为在不同活化温度和不同碱碳比条件下所制备的多孔活性炭的氮气吸附等温线。从图1中可以看出,700～800℃,随活化温度的升高,活性炭电极材料的N2吸附量略微增加,吸附量随着相对压力的上升增加缓慢,表现出明显的微孔吸附特征;800～1000℃,随活化温度的升高N2吸附量反而减少;900℃和1000℃时两种活性炭的吸附等温线形状比较近似,特别是在1000℃时活化制备活性炭,其吸附量随压力的上升增加更为明显,表明这两种活性炭中具有较高的中孔含量。从图2中可以看出, AC2-800活性炭在相对压力约为0.1时,吸附量几乎达到饱和程度,说明 AC2-800的孔结构主要以微孔为主,碱碳比为3∶1、4∶1、5∶1的活性炭的吸脱附曲线随压力的上升略呈上升趋势,表明这3种活性炭中大部分是微孔,但也含有少量的中孔和大孔。
2.2 活化工艺对活性炭孔隙结构的影响
活化温度和碱碳比对多孔活性炭材料微孔孔径分布的影响如图3和图4所示。从图3中可以看出, AC2-700的孔径集中在1.5nm左右, 而AC3-700除了1.5nm左右的微孔之外,还出现了部分1.8nm左右孔径较大的微孔;900℃和1000℃时活性炭相对于前两者,1.5nm孔径的微孔明显减少,1.8nm左右的微孔以及2～4nm的中孔明显增多,并随温度的升高呈上升趋势,1000℃时活性炭在4nm处出现了一孔径分布峰值。
不同碱碳比对活性炭电极材料孔径分布的影响如图4所示,可以看出AC2-800的孔结构集中在1.5nm左右。碱碳比为3∶1、4∶1、5∶1的活性炭材料在1.8nm左右和2.3nm左右的中孔也出现了明显的孔径集中峰。而且在2∶1～4∶1的碱碳比范围内,随碱碳比的增大,活性炭孔径分布图的最高峰峰位稍向孔径更大的方向偏移,表明随碱碳比的增大,活性炭孔径分布范围变宽,孔径集中峰值变大。
在不同温度及不同碱碳比条件下制备的活性炭电极材料的BET比表面积、孔容、孔结构等参数如表2所示。从表2中可以看出,在800℃以下,活性炭的比表面积和微孔孔容具有相同的变化趋势,随活化温度的升高先增大后逐渐减小,说明KOH作为活化剂主要起生成微孔的作用,活化机制以造孔为主,活性炭的比表面积主要来自于微孔的贡献。在800℃以上,随着活化温度的升高,AC2-900与 AC2-800相比,总孔容略微增加,中孔含量明显增加,但比表面积明显减少,说明KOH在已形成的微孔基础上对碳基体继续腐蚀扩孔。当活化温度继续升高时可以看到 AC2-1000的比表面积和孔容都明显减少,说明活化剂在高温条件下对炭材料的烧蚀作用加强,造成部分微孔孔壁坍塌,微孔合并为中孔和大孔,使得中孔含量大幅增加,微孔含量急剧减少。
在碱碳比为2∶1～3∶1时,随碱碳比的增大,活性炭的比表面积和微孔孔容显著增大,但中孔含量增加不明显,说明当KOH加入量较少时,KOH的活化作用主要以造孔为主;当碱碳比增大到4∶1时, AC的比表面积、微孔孔容、中孔孔容均显著增加,说明在生成微孔的同时存在着在原来微孔基础上的孔隙扩张机制。活性炭中的中孔含量在碱碳比为4∶1时达到最大值,当碱碳比继续增大到5∶1时, AC5-700的中孔含量和孔容与 AC4-700相比明显下降。这是因为过量KOH的加入会过度腐蚀孔壁,发生孔隙结构的坍塌,破坏活性炭的孔隙结构。
2.3 活化温度对 AC材料比电容量的影响
不同活化温度下制备的活性炭电极材料的质量比电容量和面积比电容量如图5所示。从图5中可以看出,当活化温度从700℃升高到800℃时,活性炭电极材料的质量比电容量随活化温度的升高而增大,在800℃时达到最大值103.2F/g;当活化温度超过800℃时,活性炭电极材料的质量比电容量随活化温度的升高而下降。
从图5中还可以看出,活性炭电极材料的面积比电容量随活化温度的升高逐渐增加。参照表2可以看到,活性炭电极材料的质量比电容量与比表面积有相同的变化趋势,而面积比电容量与中孔含量有相同的变化趋势,表明随活化温度的升高,中孔含量增加,有利于电解液离子在活性炭孔隙间的迁移和润湿孔隙表面,从而提高了活性炭的面积利用率。可以看到 AC2-900和 AC2-1000活性炭孔结构中含有较多的中孔,尽管它们的比表面积都低于 AC2-700,但其比电容量大于AC2-900,说明中孔含量对双电层容量有重要的影响。
不同碱碳比条件下制备的活性炭电极材料的质量比电容量和面积比容量如图6所示。从图6和表2中可以看出,随着碱碳比从2∶1增大到4∶1,炭材料的比表面积从1836m2/g增加到2984m2/g,增加了62.52%,比电容量从84.42F/g增加到103.2F/g,增加了22.24%;碱碳比继续从4∶1增大到5∶1,炭材料的比表面积增加了6.9%,质量比电容量反而下降了2.1%。在这两个变化过程中,中孔含量分别增加了106.9%和下降了5.59%。可以发现,对于不同碱碳比条件下制备的活性炭电极材料,其活性炭的比电容量与中孔率有相似的变化趋势,都是随碱碳比的增大先增加后有所减少,这也说明中孔孔容和中孔率是影响比电容量的重要因素之一。
3 结论
(1)对于采用KOH活化工艺制备的活性炭电极材料,其孔结构以微孔为主,这主要取决于KOH的活化机制,改变工艺条件(活化温度和碱碳比)能对活性炭电极材料孔径分布起到一定程度的调节作用。
(2)对于在不同活化温度条件下制备的活性炭电极材料,其比表面积和微孔孔容具有相同的变化趋势,在碱碳比为2∶1、活化温度为800℃时分别达到最大值1836m2/g和0.755cm3/g;活性炭电极材料的中孔孔容和中孔率在800℃以下基本不变;在800℃以上,中孔含量随着活化温度的升高而增加,在1000℃时可达到19.76%。
(3)在不同活化温度下,活性炭的比电容量与比表面积有相同的变化趋势,随着碱碳比的增大,活性炭电极材料的比表面积、总孔容、微孔孔容都显著增大。比表面积在活化温度为800℃、碱碳比为5∶1时达到最大值3190m2/g;孔含量随碱碳比的增大先增加后减少,在4∶1时达到最高值15.97%。中孔含量对活性炭的面积比电容量有明显影响,高中孔含量能有效提高活性炭材料的面积有效利用率。
电容性能 第6篇
在直流电源中,一般需在整流电路之后利用滤波电路对脉动的直流电压进行平滑[1],以减小输出电压的脉动程度,满足稳压电路的需要。电容滤波电路是最常见、最简单的滤波电路,其原理是利用滤波电容的充放电作用使输出电压趋于平滑。
本文用Multisim仿真软件对桥式整流电容滤波电路进行仿真实验测试,分析研究滤波电容参数改变时对电路输出直流电压、二极管电流的影响情况,实验结论有利于全面地研究电路的构成及电路元件参数的选择。
1桥式整流电容滤波电路的Multisim仿真构建及工作原理
在Multisim10[2,3,4,5,6,7,8]中构建的仿真电路如图1所示。其中,uI为输入正弦交流电压,模拟实际电路变压器变压后的副边电压,选择频率f=50 Hz、周期T=0.02 s、幅值20 V;D为整流二极管;RL为负载电阻;C为滤波电容;R为阻值较小的电流检测电阻,其两端电压的波形与二极管中电流的波形相同;uO为输出电压;uC为滤波电容两端电压,uC=uO;双踪示波器XSC1用于观测输出电压uO、二极管中电流的波形;数字万用表XMM1用于测试输出直流电压的数值。
图1所示电路,利用滤波电容的充放电作用使输出电压趋于平滑。当 |uI|>uC时,四个二极管中有一对导通,电容充电,由于充电时间常数非常小,输出电压迅速上升;当 |uI|uC时,四个二极管均截止,电容放电,由于放电时间常数比较大,输出电压缓慢下降。
一般,当电路参数满足[1]
时,认为滤波电路达到了平滑输出电压的目的,此时输出电压的平均值即输出直流电压为[1]
图1所示电路,满足式(1)条件、输入交流电压幅值为20V时
2滤波电容参数改变对电路性能影响的实验测试
对图1电路,选取不同容量的滤波电容测试其参数改变对输出直流电压的影响,结果如表1所示。
分析表1可看出,滤波电容容量选取500 μF满足式
图2~图5分别为C=500 μF、
图2~图4表明,RLC比
3 结论
桥式整流电容滤波电路中,单纯靠增大滤波电容对改善输出电压波形和提升输出直流电压数值的作用十分有限,且随着电容C容量的增大,电路接通后进入稳态的时间也随之增长,流经整流二极管的脉动冲击电流也增大。
滤波电容的容量按式(1)且取等号选取即可,不宜过大,否则将增加电路成本且二极管的脉动冲击电流过大可能导致元器件的损坏。
参考文献
[1]杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京:高等教育出版社,2006
[2]任骏原,腾香,马敬敏.数字电子技术实验.沈阳:东北大学出版社,2010
[3]任骏原.用Multisim仿真软件分析触发器的状态变化过程.实验科学与技术,2011;9(1):53—56
[4]任骏原.微分型单稳态触发器的Multisim分析.电子设计工程,2012;20(8):15—19
[5]任骏原.数字电子技术实验教学模式的改革与实践.渤海大学学报(自然科学版),2010;31(2):165—167
[6]马敬敏.基本RS触发器工作状态的Multisim仿真.电子设计工程,2011;19(17):0024—0026
[7]祁国权.三态门逻辑功能的Multisim仿真方案.电子设计工程,2011;19(9):0118—0120
电容性能 第7篇
在众多的过渡金属氧化物中,价格低廉的NiO[4]、Co3O4[5]、MnO2[6]、Bi2O3[7]、V2O5[8]等作为赝电容电容器电极材料的研究已有报道。其中,Co3O4形貌丰富、理论比电容高,是一种极具潜力的电极材料。但研究发现,采用普通共沉淀方法制备的Co3O4纳米颗粒粒径较大,易团聚,严重影响其比电容和循环稳定性等超电容性能的发挥[9]。研究发现,将Co2+经过其他金属离子(Ni2+、Fe2+、Al3+、Cu2+等)部分同晶置换可得到掺杂的二元金属氧化物[10]。Cu2+能够与Co2+进行同晶置换,Cu2+掺杂的钴氧化物在催化、电化学、磁性研究、传感器研究等方面具有重要的应用[11]。Cu2+和Co2+按照物质的量比1∶2掺杂,并煅烧得到的钴酸铜(CuCo2O4)是一种尖晶石型混合价态金属氧化物,在晶体结构中,铜离子占据八面体位置,钴离子既占有八面体位置又占有四面体位置。氧化还原为Co2+/Co3+在结构中出现并产生赝电容提供了反应活性中心。Yogesh Sharma等发现CuCo2O4在锂电中的循环性能明显优于已报道的Co3O4[12]。本研究以聚乙二醇2000为结构导向剂,采用化学共沉淀法,在高温下煅烧条件下,成功制备了三维多孔的CuCo2O4。电化学测试结果表明,钴酸铜电极具有良好的超电容性能。
1 实验部分
1.1 三维多孔CuCo2O4的制备
将1.5g聚乙二醇2000在100mL蒸馏水中搅拌溶解后加入硝酸铜和硝酸钴[n(Cu2+)∶n(Co2+)=1∶2],磁力搅拌30min,然后在搅拌条件下,用0.01mol/L的氢氧化钠(2滴/min)调节溶液pH至8.5,继续搅拌30min后陈化12h。将沉淀物抽滤,用蒸馏水和无水乙醇反复润洗沉淀数次,置于真空烘箱于60℃下干燥10h,得α型Co-Cu层状双氢氧化物(LDHs)前躯体。
将α型Co-Cu层状双氢氧化物置于马弗炉内,于200℃下煅烧4h,待自然冷却至室温后取出置于研钵内进行研磨,得三维多孔CuCo2O4。
1.2 样品的表征
样品的表征仪器包括:低真空扫描电子显微镜(JEM-5600LV),日本JEOL公司;X射线衍射仪(D/max-2400X,铜靶Kα辐射),日本理学株式会社;热分析仪(Perkin-Elmer,氮气氛围,升温速度10℃/min,终温800℃),珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司;电化学工作站(CHI660E),上海辰华仪器厂;电池测试系统(CT2001ALAND),武汉市金诺电子有限公司。
1.3 样品的电化学性能测试
将所制备电极作为工作电极[1]、铂网为辅助电极、Hg/HgO电极为参比电极,用1mol/L KOH溶液为电解液组成三电极体系,在电化学工作站上对其进行超电容性能电化学测试。
2 结果与讨论
2.1 α型Co-Cu LDHs的XRD分析
图1为α型Co-Cu LDHs的XRD谱图。由图可知,2θ分别为11.44°、23.16°、34.58°、38.24°、60.20°、61.22°处有一系列的衍射峰,它们分别归属于(003)、(006)、(012)、(015)、(110)、(113)晶面[12]。(003)晶面处d值为7.7285、c值为23.1855,晶面衍射峰对称性较好,表明样品具有较大的层间距。随着2θ不断增大,晶面(hkl)衍射峰对称性减弱,此现象说明Co-Cu LDHs在c轴方向层与层之间的堆积呈松散无序状、存在较多的结构缺陷。简而言之,Co-Cu层状双氢氧化物属于α相态[13]。这种松散无序的堆积有利于氢氧化物纳米片在较低温度下氧化转变为金属氧化物。
2.2 α型Co-Cu LDHs的FT-IR分析
图2为α型Co-Cu LDHs的FT-IR谱图。由图可知:3420cm-1处的吸收峰为样品中吸附水分子的O—H伸缩振动吸收峰,与β-氢氧化钴在3620cm-1处的特征吸收峰相比较发生了明显红移,这意味着有大量水分子与羟基之间通过氢键作用吸附于Co-Cu纳米片的插层中,导致纳米片层层堆积有序性降低,是典型的α相态特征,这与XRD分析结果相一致[11];1384cm-1处的吸收峰为插层内硝酸根离子的N—O对称振动吸收峰;1058和755cm-1处的吸收峰为碳酸根离子的C—O对称振动吸收峰[12],碳酸根离子的出现主要由制备过程吸收了空气中CO2所致。523、437cm-1处比较尖锐的吸收峰为金属离子和氧的伸缩振动和弯曲振动吸收峰。
2.3 α型Co-Cu LDHs的TG-DTG分析
图3为α型Co-Cu LDHs的TG-DTG曲线。由图可知,Co-Cu LDHs的失重主要分为2个阶段:第1阶段出现在25~158.3℃,对应于样品中吸附水的脱附和结构水的损失[13];第2阶段出现在158.3~230.7℃,主要为层状双氢氧化物脱羟基作用和CO32-的分解、NO3-的脱出。在392.1℃以后,TG曲线基本趋于稳定,表明α型Co-Cu LDHs已经完全分解。
2.4 三维多孔CuCo2O4的XRD分析
图4为α型Co-Cu LDHs在200℃下煅烧4h后得到的三维多孔CuCo2O4纳米金属氧化物的广角XRD谱图。由图可知,在2θ为18.76°、31.28°、36.72°、44.62°、59.34°、65.1°处出现了一系列衍射峰,所有衍射峰均与(JCPDS 37-0878)标准图谱一致,分别归属为(111)、(220)、(311)、(400)、(511)、(440)晶面,属六方晶系尖晶石结构。谱图中未出现CuO衍射峰,说明掺杂的Cu2+完全进入到了氧化钴的晶格中。2θ为36.72°处CuCo2O4衍射峰强度较弱并出现了宽化,说明所制CuCo2O4纳米颗粒晶粒细小、颗粒间为无序性堆积。
2.5 三维多孔CuCo2O4的SEM分析
图5为三维多孔CuCo2O4在不同放大倍率下的SEM图。图5(a)中插图为α型Co-Cu LDHs高倍率SEM图,可清楚看到Co-Cu双氢氧化物纳米片为二维各向异性生长,具有极好的结晶度,纳米片错乱无序的分布结果与XRD分析一致。由图5(a)可知,煅烧所得样品为均匀细小的纳米颗粒自由无序性堆积的疏松多孔固体。由图5(b)可知,纳米粒子粒径约在60nm,颗粒间孔隙发达,纳米颗粒相互间组成三维多孔结构,丰富的孔隙结构非常有利于电解质离子在电极材料充放电过程中的快速迁移和渗透,疏松多孔的结构有效增大了材料的比表面积,为氧化还原反应的发生提供了更多的电化学活性位点,使活性材料能够被充分利用,增大赝电容比电容值。
[(a)10000倍;(b)60000倍]
2.6 三维多孔CuCo2O4的电化学性能分析
图6(a)为三维多孔CuCo2O4在不同扫描速率下的循环伏安曲线。由图可知,电极材料具有良好的电化学可逆性,一对明显的氧化还原峰,对应于Co3+和Co4+之间的电子转移,没有出现Co2+和Co3+之间发生电子转移氧化还原特征峰,也没有出现Cu+和Cu2+之间发生电子转移氧化还原特征峰,说明在掺杂过程中部分Co2+被Cu2+置换,在高温煅烧过程中Co2+被氧化为Co3+,铜离子完全进入到了CuCo2O4纳米晶体的晶格中。图6(b)为三维多孔CuCo2O4在不同扫描速率下的恒流放电曲线。由图分析及计算得出,电流密度为1A/g时,比电容达622F/g,当电流密度增大到10A/g时,比电容为497.6F/g,保持其初始比电容的80%。说明三维多孔CuCo2O4具有良好的倍率容量性质,适用于进行大电流快速充放电。图6(c)为多孔CuCo2O4在不同初始电压和10-1~104频率范围下的电化学阻抗曲线。由图可知:高频区曲线半圆极小,说明电解质在电极表面接触时发生电荷传递法拉第过程产生的电阻很小,有利于电极材料进行快速的大电流充放电;在中频区,45°直线与电解质离子在电极的多孔结构中的扩散相关;而在低频区,阻抗曲线趋向于垂线,表明电极和电解质之间存在Warburg阻抗,显示出典型的电容行为。图6(d)为三维多孔CuCo2O4在电流密度为7A/g时的循环寿命曲线。由图可知,随着循环次数的增加,电极材料被充分活化,其比电容达到峰值,经过2000次循环后,比电容没有任何衰减,说明材料具有良好的循环稳定性,在充放电循环过程中
3 结论
以α型Co-Cu LDHs作为前躯体,在200℃下煅烧制备了三维多孔的CuCo2O4复合金属氧化物材料。实验结果表明,Co-Cu LDHsα型的堆积结构在煅烧过程中能够有效阻碍纳米颗粒的团聚,形成三维多孔的纳米微结构,这种多孔结构增加了电极材料发生氧化还原反应的活性位点,有利于电解质离子的快速迁移。因此,CuCo2O4电极表现出了高的比电容、良好的倍率特性和杰出的循环寿命,1A/g时比电容高达622F/g,10A/g时比电容保持率为80%,7A/g时经过2000次循环后其寿命未见衰减。
摘要：以硝酸铜和硝酸钴为原料、聚乙二醇2000为结构导向剂,用共沉淀法制备α型Co-Cu层状双氢氧化物,在200℃煅烧4h得到三维多孔钴酸铜。采用X射线粉末衍射(XRD)、循环伏安(CV)和场发射扫描电镜(FESEM)对其进行表征分析。结果表明,掺杂的Cu2+对部分Co2+进行了同晶置换,钴酸铜纳米颗粒间无序堆积形成三维多孔结构,丰富了电极材料发生氧化还原反应的活性位点,有利于电解质离子的渗透和快速迁移。将该三维多孔钴酸铜作工作电极,表现出优良的超电容性能。1A/g时比电容高达622F/g,10A/g时比电容保持率为80%,7A/g时经过2000次循环后其寿命未见衰减,具有优异的倍率特性和杰出的循环稳定性。
电容性能 第8篇
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
试剂:Mn SO4、KMn O4(均为分析纯)。
仪器:恒温水浴锅,磁力搅拌器,真空干燥箱,XT-9900A型智能微波消解仪,BT2013A-LAND电池测试系统,FEI Quanta FEG场发射扫描电子显微镜,Rigaku D/max 2500v/pc型X射线衍射仪。
1.2 样品的合成
准确称量5.1g的Mn SO4和3.2g的KMn O4,分别用100m L蒸馏水溶解后,搅拌加热至微沸,以2滴·s-1的速度将KMn O4溶液滴加入其中,继续搅拌反应60min,抽滤、洗涤,100℃干燥12h,得到Mn O2,记为A样。按照同样的配比将Mn SO4和KMn O4混合后,倒入微波消解罐中,在3MPa条件下微波消解反应15min,结束后取出微波消解罐冷却至常温,记为B样。
1.3 样品的表征和测试
1.3.1 样品表征
采用FEI Quanta FEG场发射扫描电子显微镜观察复合材料的微观形貌。
采用Rigaku D/max 2500v/pc型X射线衍射仪对样品进行物相分析。测试中以Cu-Κα1为靶材,λ=0.15406nm,管电压为40k V,管电流为30m A,扫描范围为5°~90°,扫描步长为0.02°,步进速度为10°·min-1。
1.3.2 充放电性能测试
按7∶2∶1的质量比将样品、乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)充分混合,滴加适量丙酮进行磁力搅拌后得到糊状物,用涂布棒将糊状物均匀涂在面积约1.2cm2的泡沫镍上压成电极片,在100℃条件下烘干10h。将2片电极片组装成对称的扣式电容器,以1mol·L-1的Na2SO4溶液为电解液,在BT2013A-LAND电池测试系统上进行充放电测试。
2 结果与讨论
2.1 SEM分析
图1为Mn O2的扫描电镜图。从图1中可看出,常压反应条件下的Mn O2颗粒粒径大小在3μm左右,与微波消解反应得到的样品相比,粒径较大。通过对比可以看出,在微波加热和加压反应条件下,生成颗粒较小的样品,有利于电解液的渗透和缩短电子传输的距离,从而提高电化学性能。
a、b为样品A;c、d为样品B
2.2 XRD分析
图2为样品A和样品B的XRD谱图。图谱经与JCPDS44-0141标准卡对比可知,所得样品的衍射峰与标准卡基本一致,说明密闭微波消解反应的方法没有改变Mn O2的晶型结构。
2.3 电化学性能测试
图3为样品A和样品B的首次充放电曲线图和循环性能曲线图。合成样品在以1mol·L-1的Na2SO4溶液为电解液,测试电流为0.5A·g-1、电压范围为0~0.9V的充放电测试条件下进行测试。根据比电容计算公式C=I·Δt/(m·ΔV)(I为测试电流,Δt为充电或放电时间,m为样品质量,ΔV为充放电电压范围)。由图3可知,样品A的首次比电容为146.8F·g-1,而样品B的首次放电比电容为233.1F·g-1,有较大的提高。
样品A在充放电循环100次后容量保持率为56.8%,比电容有较大的衰减。而样品B在相同的循环次数条件下,比电容保持率为84.8%,有较大的提高。测试结果充分说明微波消解合成法能够有效地减少Mn O2团聚现象,样品粒径的减小增加了其与电解液的充分接触,较好地改善了样品的电化学性能。
3 结论
采用密闭微波消解的方法在较短的时间内合成了粒径较小、外观形貌良好的Mn O2电极材料。对样品进行表征和检测的结果表明,该材料的结晶度良好,衍射峰与标准卡基本一致。在0.5A·g-1、0~0.9V的测试电流条件下,Mn O2电极材料的首次放电比电容为233.1F·g-1,循环100次后比电容保持率为84.8%,与普通合成方法得到的样品相比有了较大的提高。
参考文献
[1]万厚钊,等.Mn O2基超级电容器电极材料[J].化工学报,2013,64(3):801-813.
[2]郭永兴,等.超级电容器新型复合电极材料Mn O2/活性MCMB的研究[J].电子元件与材料,2010,29(5):41-44.
[3]曲江英,等.还原氧化石墨烯/Mn3O4纳米复合材料的合成及其在超级电容器中的应用[J].新型碳材料,2014,29(3):186-192.
5英寸电容A8利器 第9篇
699元/8GB 5英寸电容触控屏整机性能强劲多媒体性能出众Android 2.3.1系统高性价比
我需要一个合适的尺寸
N50诠释口袋文化
iPad太大，iTouch太小，怎么办？N50，我的新选择！
支持4点触控操作的5英寸屏幕拥有同7英寸平板（或智能娱乐播放器）一样的800×480分辨率，较小的点距让原道N50画面更为细腻，整体色彩颇为艳丽。而原道N50屏幕上还覆有一层特种玻璃面板，具有良好通透感，同时不影响操控性，且有效消除了屏幕油腻感。
原道N50采用黑白双色经典外观，曲面设计的乳白色背壳经过注塑工艺处理，拥有较好光泽度，手感温润。
易用为王
——尊重用户体验的N50
人性化设计理念下，用户体验成为产品研发设计的重要依据，而易用性则是用户体验的重要组成部分！
原道在N50机身下边框设计有搜索、返回、返回主菜单、设置四个触控快捷键，实际使用时反应较为灵敏，且支持震动回馈，让用户在操控时获得不错的互动体验。此外，原道N50右下方侧面还设计了锁机/电源、音量三个实体按键，合理使用各功能快捷键，能有效缩短用户操控时间，提升操控效率。
原道N50的UI设计也颇具匠心，摄像、浏览器、任务管理器、菜单四个快捷按键分散在屏幕四周，主界面图标通过色块区分，默认L形布局方便用户拇指操控。
让一切行云流水
——解读N50硬件规格
内行看门道，外行看热闹！
《水果忍者》、《捕鱼达人》等经典休闲游戏自然可轻松拿下，多点触控更方便用户左右开弓，多刃齐发，而在《都市赛车6》这样对硬件性能要求较高的3D游戏中，原道N50表现出出色的游戏性能，炫目的光影效果、撞车后四处飞散的碎片带来绚丽的画面效果，配上流畅的操控体验，让用户手持N50便能体验激动人心的赛车之旅。
电容性能 第10篇
关键词：碳纳米管,聚苯胺,电化学聚合,电化学阻抗谱,电容
聚苯胺( Polyaniline,以下简称PAn) 是一种新型功能高分子材料,于1984 年被MacDiarmid等重新开发[1],因其原料便宜、合成方法简单、对氧及水的稳定性好、耐高温及抗氧化、较高的电导率及良好的电化学性能等被预言为是最有应用前景的导电高分子材料之一[2],目前已在二次电池、防腐材料、抗静电材料、电磁屏蔽材料等方面得到了一定的应用。但是由于PAn分子间的强烈作用和高刚性链,掺杂聚苯胺虽然具有导电性,电阻仍然很大,同时PAn还存在可加工性和机械性能比较差等缺点,因此许多研究者在探索PAn的改性方法,以加强PAn的功能[3]。碳纳米管( CNT) 是1991 年日本电子公司( NEC) 的饭岛博士( S. Iijima) 用高分辨透射电镜观察C60结构时发现的,经后来的研究发现,碳纳米管具有特异的电学性能、 极高的强度、韧性和弹性模量,将其作为复合材料增强体,可表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性[4]。本实验将苯胺采用电化学的方法聚合到CNT修饰的金属钛( Ti) 电极上,得到的PAn膜有很好的导电性,同时也有很好的电容性能,可以作为很好的超级电容器材料。
1 实验部分
1. 1 仪器和试剂
所用试剂H2SO4、无水乙醇、丙酮、苯胺等均为分析纯, 苯胺在使用前重新蒸馏; 多壁碳纳米管在使用前用混酸法纯化,Ti金属用TA1型纯Ti( 纯度99. 5%) ; 所用溶液均用二次蒸馏水配制。
电化学研究使用CHI660C电化学工作站,上海辰华仪器公司,联机电脑自动记录数据。
1. 2 CNT /PAn膜电极的制备和表征
将活化后的CNT用乙醇超声分散后,适量滴加到钛电极表面,制成CNT修饰电极,以其为工作电极,大面积铂片为辅助电极,饱和甘汞电极( SCE) 为参比电极,电解液为含有0. 2 mol·L- 1苯胺的0. 5 mol·L- 1H2SO4溶液,采用循环伏安法进行苯胺的电化学聚合,先在- 0. 1 ~ 1. 3 V范围扫描两圈, 然后在-0. 1 ~0. 9 V范围以50 mV·s- 1的速度进行循环伏安扫描,联机电脑自动记录聚合过程的循环伏安曲线。实验均在室温和常压下进行,所有电势均相对于SCE。聚合完毕取出电极依次用0. 5 mol·L- 1H2SO4和二次蒸馏水清洗,以除去未聚合和低聚合度的苯胺,制得CNT/PAn膜电极。
电极的表征采用循环伏安和交流阻抗法( EIS) ,电解液为0. 5 mol·L- 1H2SO4溶液,循环伏安时与苯胺聚合条件相同, 交流阻抗研究所用交流电幅值为5 mV,测量频率为100 kHz ~ 0. 01 Hz。
1. 3 CNT /PAn膜电极的充放电性能测试
电极的充放电性能测试采用计时电位技术在三电极电解池中进行,辅助电极和参比电极同上,根据放电曲线计算PAn膜的面积比电容。
2 结果与讨论
2. 1 PAn膜的电化学聚合和循环伏安表征
循环伏安扫描法是制备聚苯胺修饰电极最常用的方法,但是不同扫描电位下制备的PAn膜,不仅其CV图上各个峰值电位、峰值电流随聚合时扫描上限的变化而变化,而且制得的PAn膜其CV图形大不相同,当电位扫描范围的上限低于0. 8 V时苯胺很难聚合,而当扫描电位的上限超过1. 3 V时,PAn膜的结构会发生改变,聚合膜的降解速度加快[5]。根据苯胺的电聚合是通过自由基引发的自催化过程的特点[6],我们选择在高电位( 1. 3 V) 扫描两圈,再把扫描上限固定在0. 9 V。我们将扫描圈数固定为100 圈,采用了连续聚合和一圈一圈间断聚合的方式进行聚合,得到的PAn膜均为墨绿色。
图1 是不同聚合方式得到的CNT/PAn膜电极在0.5 mol·L- 1H2SO4溶液中的循环伏安曲线,由图1 可见,连续循环扫描和间断循环扫描,在扫描圈数相同的情况下,得到的聚苯胺的峰形和峰电流密度、峰电压位置都非常相似,只在0. 4 V和0. 6 V附近出现两个较为明显的氧化峰。超级电容器的超大电容主要来源于电极材料自身的氧化还原反应过程[7],从图1 中可以看出此CNT/PAn膜电极的峰电流很大,很适合做超级电容器的电极材料。下面的交流阻抗及充放电研究会进一步给予证实。
2. 2 CNT /PAn膜电极的交流阻抗( EIS) 研究
图2A是连续扫描得到的CNT/PAn膜电极在0. 5 mol·L- 1H2SO4溶液中的交流阻抗复数平面( Nyquist) 图,因测定是在一定的氧化电位下进行,故复数平面阻抗呈现的是复合膜电极本身发生电化学反应的电阻和电容[8]。在偏置电位为0 ~ 0. 4 V时,电化学阻抗图谱的高频区为一不完整的半圆弧,且随着偏置电位的增加而减小。半圆的直径代表膜层的阻抗,这是由电子通过膜发生欧姆极化引起的,很小的半圆直径代表膜的传荷电阻很小,当偏值电压为0. 4 V时,图上反映的膜层的阻抗不到5 Ω,说明该电极在自身发生反应时电阻很小,具有很好的导电性。中低频区的交流阻抗图谱基本为一条倾角45°的直线, 这是多孔电极阻抗曲线的典型特征[9],表明此时电荷转移受膜中电子的扩散控制。低频区的曲线基本为斜率90°的直线,而膜电极在低频区的直线斜率越接近于90°,越表现出纯电容性质[7],因此从图2 中可以反映出此CNT/PAn膜具有很好的电容性能。图2B是间断扫描得到的CNT/PAn膜电极在0. 5 mol· L- 1H2SO4溶液中的交流阻抗复数平面图,除了和图2A有相似的变化规律外,在图2B中,中低频区倾角45°的直线更加明显,说明间断扫描得到的PAn膜更具有多孔电极的特征。
2. 3 CNT /PAn膜电极的充放电性能测试
恒电流充放电是测试电容行为的重要手段,通过充放电曲线可以知道电容的充放电的可逆性以及电容的大小。CNT/PAn膜电极的充放电性能测试在三电极电解池中用计时电位技术进行。以CNT/PAn膜电极为工作电极,大面积铂片为辅助电极, 饱和甘汞电极为参比电极,充电电流和放电电流均为5 mA/cm2, 充放电电位范围是0 ~0. 6 V,所得充放电曲线如图3 所示,从图3 中可以看出,两种CNT/PAn膜电极的充放电电压基本都随时间线性变化,其公式为:
式中: Q——电量,C
ΔU——放电电压范围,V
t——放电时间,s
I——放电电流,A
可以计算出间断循环扫描得到的CNT/PAn膜的电容为1 417 mF / cm2,连续循环扫描得到的CNT/PAn膜的电容为1 167 mF / cm2,因此,间断扫描得到的CNT/PAn膜的电容性能更优越一些,且这种在电极基体上直接滴加CNT的PAn膜的电容性能也比借助于二氧化钛溶胶将CNT修饰到电极上的PAn膜的电容性能好一些[10]。
CNT / PAn膜电极的电容主要来自两部分,一部分是CNT提供的双电层电容,另一部分是PAn膜充放电过程中发生电化学反应产生的赝电容。由于电极的基体中加入了CNT,一方面增加了PAn的导电性,另一方面CNT与PAn间相互作用,使PAn形成多孔的结构,增加了PAn与电解液接触的机会,增大了PAn的反应活性点,从而使CNT/PAn膜电极具有很好的电容性能。从前面的交流阻抗研究中也反映出间断扫描得到的PAn膜有更明显的多孔结构,通过充放电性能的比较,再次验证了这一结论。
3 结论
电容性能范文
声明：除非特别标注，否则均为本站原创文章，转载时请以链接形式注明文章出处。如若本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。
