基于碳材料和二氧化锰的复合型超级电容器性能研究

4.3复合电极的阻抗特性

图5为复合电极的交流阻抗谱图。复合电极的内电阻主要是由电极材料与钽箔集流体之间的接触电阻、电子电阻及离子电阻等构成，在高频区的阻抗圆起始点反映了电容器等效串联电阻的大小，而阻抗圆的半径某种程度上又反映了传递电阻。由图5可以看出，D电极表现出了良好的阻抗特性。这是由于活性炭基体为沉积其上的二氧化锰提供了一个导电性良好的网络，当二氧化锰的含量在30%（质量分数）时，电容的等效串联电阻为0.405Ω。同时，对于理想电极而言，阻抗的复平面应该是垂直于实轴的直线，尽管对D电极来说，在低频区看到了明显的电容特性，但仍偏离了理想电容的特性。这是由于活性炭孔径分布不均匀，2mV的交流信号在同样频率下的渗透情况不同，电解液离子较易渗入大孔，而对小孔，微孔则较难渗入，造成了频率分散，而这也是在低频范围内电极的阻抗行为偏离理想直线的主要原因。

此外由图5也可以看出，当电极中碳纳米管的含量增加时，传递电阻呈现递减的趋势。这是由于碳纳米管在导电性上具有活性炭不可比拟的优点：碳纳米管可以看成是六边形的石墨层在空间通过360°卷曲而成，随着在电极中含量的增加，碳纳米管交织缠绕的程度增大，为电解液离子提供了良好的导电通道。因此，随着含量的增加，阻抗圆的半径减小，使得复合电极材料的阻抗特性越好。

5结论

以碳材料作为基体的超级电容器具有高比容和高功率特性。通过探讨电极材料的配比时发现，当复合电极由30%的二氧化锰、60%的活性炭粉末和10%的乙炔黑导电剂组成时，若采用6mol/L的KOH溶液作为电解液，电极的比容达到126F/g，内阻为0.405Ω，具有良好的循环伏安特性和充放电特性，满足了高功率放电的要求。此外，碳纳米管的导电性优于活性炭粉末，复合电极中碳纳米管含量的增加，较好的改善了电极的阻抗特性，但是同时由于其微孔比例较大，有部分表面积没有参与双电层反应，是实际意义上的无用表面积，从而降低了电容容量。因此得出结论，经上述优化配比构成的超级电容器，是一种性能优良的新型储能器件，在脉冲功率电源，电动汽车领域能发挥较好的电源释能作用。

参考文献

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