循環(huán)伏安法測量電極材料贗電容的儲鋰行為介紹

由于循環(huán)伏安法具有實驗簡單﹑信息豐富、可進行理論分析等特點,在電化學研究中得到了比較廣泛的應用。例如,利用峰值電流可進行定量分析,也可利用峰值電勢差進行定性分析,判斷電極過程的可逆性,對未知的電化學體系進行電化學行為的探討,以及在各應用電化學領域的運用等。

贗電容效應是在材料表面或近表面發(fā)生的可逆的法拉第電荷轉(zhuǎn)移反應,是一種快速的界面儲鋰行為。在循環(huán)伏安測試中,此類材料的循環(huán)伏安曲線呈類似電容器的長方形狀,即便是有氧化還原峰出現(xiàn),也是寬的饅頭峰,并且峰值電勢差較小,可逆性非常好﹔在恒流充放電過程中,此類材料的充放電曲線是傾斜的直線,在直線任何一點△Q/△E 幾乎相等,電壓滯后非常小,具有典型的電化學電容器特性,故稱此類快速的界面儲能反應為贗電容(假電容)效應。

傳統(tǒng)的電容器大多基于高比表面積的正負極材料,電化學反應過程是典型的吸脫附機制,活性炭等高比表面積的電極材料作為正負極材料﹐能夠提供足夠的離子吸脫附位置�；�于贗電容機制的電化學儲能,將離子反應的位置轉(zhuǎn)移至材料的表面或者近表面,大大提升了電極材料的儲鋰容量。因此,基于贗電容儲能機制的贗電容器逐漸取代了傳統(tǒng)的雙電層電容器,成為下一代功率型儲能器件的選擇。

為了分析電極材料贗電容儲鋰行為.，可采取基于Nb2O5/Li半電池的循環(huán)伏安曲線進行測定。如圖1，使用電化學工作站與Nb2O5/Li半電池組成實驗裝置。
 

圖1 電化學工作站與Nb2O5/Li半電池實驗裝置示意圖

以Nb2O5電極的處理過程為例,為了計算出某掃速下贗電容CV曲線,可以每隔0.1V取一個點(截取1.1 V.1.2V.1.3 V……3,0 V),正向掃描和負向掃描各取20個點,取點數(shù)越多,贗電容CV曲線越光滑。逐個電位計算贗電容斷流，然后串聯(lián)所有點即可得到贗電容CV曲線。同理計算選取相同掃速下不同電勢的贗電容電流，可以得到模擬贗電容電流CV曲線，通過計算贗電容CV曲線與實測CV曲線面積之比，如圖2，即可得到改掃速下贗電容貢獻的儲鋰量占比。
 

圖2 模擬贗電容電流貢獻的CV曲線