由于循環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生的可逆的法拉第電荷轉移反應,是一種快速的界面儲鋰行為。在循環伏安測試中,此類材料的循環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,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。基于贗電容機制的電化學儲能,將離子反應的位置轉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