活性炭基Li2SO4水系电解液超级电容器

doi:10.3866/PKU.WHXB201112131

物理化学学报 >> 2012, Vol. 28 >> Issue (02): 367-372.doi: 10.3866/PKU.WHXB201112131

活性炭基Li₂SO₄水系电解液超级电容器

孙现众, 张熊, 张大成, 马衍伟

中国科学院电工研究所, 北京 100190

收稿日期:2011-10-11 修回日期:2011-12-07 发布日期:2012-01-11
通讯作者: 马衍伟 E-mail:ywma@mail.iee.ac.cn
基金资助:
中国科学院知识创新工程重要方向项目(KJCX2-YW-W26), 北京市科技计划项目( Z111100056011007)和国家自然科学基金(21001103,51025726)资助

Activated Carbon-Based Supercapacitors Using Li₂SO₄ Aqueous Electrolyte

SUN Xian-Zhong, ZHANG Xiong, ZHANG Da-Cheng, MA Yan-Wei

Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, P. R. China

Received:2011-10-11 Revised:2011-12-07 Published:2012-01-11
Contact: MA Yan-Wei E-mail:ywma@mail.iee.ac.cn
Supported by:
The project was supported by the Knowledge Innovation Program of the Chinese Academy of Sciences (KJCX2-YW-W26), Science and Technology Project of Beijing, China (Z111100056011007), and National Natural Science Foundation of China (21001103, 51025726).

摘要/Abstract

摘要： 采用中性Li₂SO₄水溶液代替H₂SO₄和KOH作为电解液制备了活性炭(AC)基对称型超级电容器, 使水系超级电容器的工作电压由1.0 V提高到了1.6 V. 采用循环伏安和充放电测试研究了电容器的稳定电化学窗口.电化学充放电测试表明电容器在0.25 A·g^-1电流密度下单电极比容量可达129 F·g^-1, 在功率密度为160 W·kg^-1时能量密度达到10 Wh·kg^-1 (以正负极活性物质的总质量计). 1.6 V恒压充电1 h 后电容器漏电流为0.22mA. 超级电容器的库仑效率接近100%, 充放电循环5000 次后容量仍可保持在92%以上. 研究了电解液的浓度对电容器电化学性能的影响, 发现随着Li₂SO₄浓度的增大电容器的电荷转移电阻显著减小, 大电流充放电性能提高. 活性炭基Li₂SO₄水系电解液超级电容器具有工作电压高、能量密度高和对环境友好等优点, 因此有很好的产业化前景.

关键词: 超级电容器, 活性炭, 中性水系电解液, Li₂SO₄

Abstract: In this work, we prepared activated carbon-based symmetric supercapacitors using Li₂SO₄ aqueous electrolyte instead of H₂SO₄ and KOH, and obtained devices with an improved working voltage of 1.6 V from 1.0 V. Cyclic voltammetry and galvanostatic charging/discharging measurements were used to study the electrochemical properties. The results showed that the electrode specific capacitance can reach 129 F·g^-1, and the energy density can be as high as 10 Wh·kg^-1 at a power density of 160 Wh·kg^-1. Electrochemical impedance analysis measurements showed that the charge-transfer resistance of the capacitors decreased markedly with the increase of the concentration of Li₂SO₄, and the rate capability improved accordingly. The leakage current of the supercapacitor was 0.22 mA after constant-voltage charging at 1.6 V for 1 h, and the columbic efficiency was nearly 100%. The capacitance of the supercapacitor remained above 90% after 5000 charge-discharge cycles. Activated carbon-based supercapacitors using Li₂SO₄ aqueous electrolyte have many advantages, such as high working voltage, high energy density, and environmental compatibility, and therefore have good industrialization prospects.

Key words: Supercapacitor, Activated carbon, Neutral aqueous electrolyte, Li₂SO₄

孙现众, 张熊, 张大成, 马衍伟. 活性炭基Li₂SO₄水系电解液超级电容器[J]. 物理化学学报, 2012, 28(02): 367-372.

SUN Xian-Zhong, ZHANG Xiong, ZHANG Da-Cheng, MA Yan-Wei. Activated Carbon-Based Supercapacitors Using Li₂SO₄ Aqueous Electrolyte[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2012, 28(02): 367-372.

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201112131

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2012/V28/I02/367

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活性炭基Li₂SO₄水系电解液超级电容器

Activated Carbon-Based Supercapacitors Using Li₂SO₄ Aqueous Electrolyte

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