正负极质量非对称设计对超级电容器性能的影响研究

凤 睿，卢 海，刘心毅，李 浩，李祥元

（1西安科技大学材料科学与工程学院，陕西 西安710054；2西安合容新能源科技有限公司，陕西 西安710200）

超级电容器[1]由于其快速的充放电特性、高功率密度和优良的循环性能，被认为是一种极具发展潜力的电化学储能器件，在智能三表、电动汽车、信息技术、航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而，为了满足逐步增长的储能需求，超级电容器能量密度偏低的缺点日益突出。电容器的能量密度与工作电压的平方成正比，后者与电解液的氧化电位密切相关，因此开发高压耐氧化的新型电解液体系具有重要的研究与应用价值[2-4]。

与此同时，法拉第定律指出，电荷传递量在正负电极上是相等的，但是由于电解液中的阴阳离子种类不同，在两个多孔电极中的传输扩散和所建立双电层电容有所不同，当正负极活性物质质量相等时(即对称型超级电容器)，正负极在工作时的电压分布势必不一样，高电压会落在低比电容电极一侧(根据公式Q=CV)，此时如果超过该电极一侧的稳定电位窗口阈值，将会导致显著的电解液分解和电容器循环稳定性的下降[5-6]。通过调控正负极活性物质质量比，实现正负极所施加电压的合理分布，将有助于充分利用正负极的稳定电位区间，提高电容器的高压稳定循环能力[7-9]。Borenstein等[6]分析了正负电极在离子液体电解液中的电化学行为差异及其对电容器操作电压的影响，提出了对称型超级电容器的高压失效机制，并通过调配正负极质量比，实现了3.4 V工作电压下的稳定循环。……