固体离子双电层电容器主要参数的直流测试方法

快离子导体的一个重要应用领域是固体离子器件[1].双电层电容器就是一个例子.无极性固体离子双电层电容器的物理模型如图1所示.图2的虚线框内是它的等效线路.Cd是两个双电层电容串联的总电容(由于Cd很大,可以忽略体电容的贡献);Rs是等效串联电阻,主要是离子导体的电阻; R1是漏电阻,它表征双电层电容器泄漏电流的能力.Cd,Rs及R1是决定离子电容器性质的三个主要参量.由于Cd大,Rs的值也十分可观,用通常的电容电桥无法测试,因此人们通常进行直流测试.文献[2]报道了恒流充电测试Rs和Cd的方法.我们在研究离子双电层电容器的过程中采用了两种…     

导电石墨烯孔道内双电层结构的研究

为有效开发和利用新能源，人们迫切需要高性能的超级电容器提供能量的存储和转换.在超级电容器中双电层结构扮演着关键性的角色.本文利用分子动力学方法通过建立开放的石墨烯纳米孔道(1～2 nm)，研究了KCl溶液在纳米孔道内的双电层结构，同时也比较了恒电量模拟(Q)和恒电势模拟法(U)下双电层结构的异同.结果表明在恒电势模拟法考虑了导电石墨烯壁的镜像作用使结果更符合实验中的材料系统.而石墨烯壁的镜像作用能额外吸附离子从而增强孔道内部的阴阳离子，这可能有助于电极电容的提升.通过对不同孔道高度的研究，本文发现水分子作为介电材料在水基超级电容器中发挥着决定性的作用.它能在很大程度上抵消不同离子和不同孔道高度下双电层的变化，从而在不同情况下获得了相似的电容.     

固体超电容器

美国UCLA实验组的科学家们研制出了一种新颖的固体超电容器，它是作为计算机在断电时的一种备用装置．这种电容器将正负电荷贮存于两个电极上，它的贮电能力是普通电容器的几千倍，由于它的两个电极靠得比较近，所以它的体积也比较小．作为一个快速的贮能平台，超电容器仅仅在几微秒到几秒的时间范围内就可以进行充电或放电，而一般电池需要几分钟到几小时．     

基于蛋清栅介质的超低压双电层薄膜晶体管

新一代环保、生物兼容性电子功能器件受到了广泛关注.本文采用具有高质子导电特性的天然鸡蛋清作为耦合电解质膜制备双电层薄膜晶体管,该薄膜晶体管以氧化铟锡导电玻璃为衬底和底电极,以旋涂法制备的鸡蛋清为栅介质,以磁控溅射沉积的氧化铟锌为沟道和源漏电极.实验结果表明,这种基于鸡蛋清的栅介质具有良好的绝缘性,并能在其与沟道界面处形成巨大的双电层电容,从而使得该类晶体管具有超低工作电压（1.5 V）、低亚阈值（164 mV/dec）、大电流开关比（2.4×10⁶）和较高的饱和区场效应迁移率（38.01 cm²/（V· s））.这种以天然鸡蛋清为栅介质的超低压双电层TFTs有望应用于新型生物电子器件及低能耗便携式电子产品.     

基于KH550-GO固态电解质中电容耦合作用的双侧栅IZO薄膜晶体管

本文利用旋涂技术在氧化铟锡塑料衬底上,制备了硅烷偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)-氧化石墨烯固态电解质;以此固态电解质作为栅介质,进一步研究了双侧栅耦合电场质子/电子杂化氧化铟锌薄膜晶体管的电学特性.研究发现γ-氨丙基三乙氧基硅烷-氧化石墨烯固态电解质的双电层电容和质子电导率分别高达2.03μF/cm~2和6.99×10~(-3)S/cm;由于γ-氨丙基三乙氧基硅烷-氧化石墨烯复合固态电解质具有较大的双电层电容和质子电导率,利用其作为栅介质的质子/电子杂化氧化铟锌薄膜晶体管功耗低(其工作电压仅为约2 V),其开关比和场效应迁移率分别为1.23×10~7和24.72 cm~2/(V·s).由于γ-氨丙基三乙氧基硅烷-氧化石墨烯固态电解质的电容耦合作用,氧化铟锌薄膜晶体管在双侧栅电压刺激下,可有效地调控器件的阈值电压、亚阈值摆幅和场效应迁移率,并可实现"与"门逻辑运算功能.     

聚苯胺在电化学电容器中的应用

采用化学氧化聚和法制备了聚苯胺电极材料,所制备的聚苯胺具有高于420F/g的法拉第赝电容和良好的电化学特性.分别采用聚苯胺作为正极材料,高比容量活性碳作为负极,38%硫酸作为电解液制备了复合型电化学电容器.复合型电容器工作电压达到1.4V,最大电容器比容量达到57F/g,最大比能量达到15.5Wh/kg.电容器200mA/cm2放电条件下真实功率达到2.8W/g,峰值比功率达到20.4W/g.循环工作寿命超过1000次.     

双电层电容的测量

根据南开大学基础物理实验教学中心的教学与设备状况,开设了设计性实验"双电层电容的测量".本文包括实验原理、实验设计和数据处理,得到双电层电容的基本现象.     

钯电极活性表面积的计算

通过测量双电层电容、氧化物还原、欠电位沉积铜和一氧化碳脱附的电量四种方法估算了多晶钯电极的活性表面积. 结果表明,使用第二和第三种方法计算得到的钯电极活性表面积有较好的一致性,误差小于5%,为了使另外两种方法计算得到的面积与之相近,推断单位面积双电层电容双电层电容23.1±0.4 μF/cm² ,饱和吸附一氧化碳的覆盖度大约为0.66 ML,讨论了使用这些方法在确定多晶钯电极活性面积时的关键步骤及适用性.     

不同N掺杂构型石墨烯的量子电容研究

超级电容器是一种利用界面双电层储能或在电极材料表面及近表面发生快速可逆氧化还原反应而储能的装置, 其特点是功率密度高、循环寿命长. 制备出兼有高能量密度的电极材料是当前超级电容器研究的重点. 以提高电容储能为目标, 通过掺杂N原子来调制石墨烯的电子结构, 使用基于密度泛函理论的第一原理计算了不同N掺杂构型石墨烯的态密度和能带结构, 拟合出了石墨烯的量子电容, 分析了量子电容储能提升的原因.     

“用静电计测量平行板电容器电容与哪些因素有关”的实验分析

静电计是高中物理静电实验中常用的且非常重要的仪器,它在教材"电容器电容"一节中出现,用静电计测量已经充电的平行板电容器两极板间的电势差U,研究影响平行板电容器电容大小的因素.但是在课堂教学中,上述实验的演示效果时好时坏,主要表现在静电计指针的偏转角θ变化时大时小.为什么演示效果不稳定?怎样才能达到让人满意的实验效果呢?我们试作讨论.     

演示直流电与交流电的性质的区别

我与本组同志制作了一个演示直流电与交流电的性质的区别的板,应用起来效果相当好,现将线路图与应用情况写出如下: 一、演示板应用范围: (一)直流电: 1.直流电可以应用在电镀上; 2.电感对稳恒直流电不起作用; 3.直流电不能通过电容器。 (二)交流电: 1.交流电不能应用于电镀; 2.电感要使交流电流的数值减小(即感抗作用); 3.交流电能够通过电容器;但交流电路里的电容和电路的电阻具有相同的作用(即容抗作用),并且电容器的电容越小,所起的作用越大。     

基于镍泡沫支撑的Co_3O_4纳米多孔结构的高性能超级电容器电极

在众多能量存储和转化器件中,超级电容器由于具有功率密度高、充放电迅速和优异的循环性能的优点而被广泛研究.然而,较低的比容量和能量密度,限制了超级电容作为大尺度能量存储和转化器件的广泛应用.为了提高超级电容器的比容量,需要增大电极材料和电解质的接触面积,进而促进电极材料俘获/释放电解质中的粒子(例如电子、离子或者小分子).在此,我们通过简单的水热法联合高温退火实验方案能够大规模制备出镍泡沫支撑的Co_3O_4多孔纳米结构.无需借助导电胶和粘合剂,在集流器镍泡沫上"生长"Co_3O_4多孔纳米结构直接作为超级电容的电极材料.这种多孔纳米结构和一体化设计思路不仅能够有效提高电极的导电性,而且能够有效缩短离子和电子的迁移路径.由于多孔的结构特征和优异的导电性能,Co_3O_4电极表现出超高比容量(在电流密度为2.5 m A·cm~(-2)和5.5 m A·cm~(-2)时,比容量分别为1.87 F·cm(-2)(936 F·g-1)和1.80 F·cm~(-2)(907 F·g-1))、较好的倍率性能(电流密度从2.5 m A·cm~(-2)增大到100 m A·cm~(-2)时,保留其48.37%的初始电容)和超高的循环稳定性(经历4000次电流密度为10 m A·cm~(-2)的循环充放电过程,保留其92.3%的比容量).这种多孔纳米结构和一体化设计思路对设计其他高性能储能器件具有重要的指导意义.     

SiO2固态电解质中的质子特性对氧化物双电层薄膜晶体管性能的影响

本文采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在室温条件下制备了具有双电层效应的二氧化硅(SiO₂) 固体电解质薄膜, 并以此SiO₂薄膜作为栅介质制备了氧化铟锌(IZO)双电层薄膜晶体管. 本文系统地研究了SiO₂固体电解质中的质子特性对双电层薄膜晶体管性能的影响, 研究结果表明, 经过纯水浸泡的SiO₂固体电解质薄膜可以诱导出较多的可迁移质子, 因此表现出较大的双电层电容. 由于SiO₂固体电解质薄膜具有质子迁移特性, 晶体管的转移特性曲线呈现出逆时针方向的洄滞现象, 并且这一洄滞效应随着栅极电压扫描速率的增加而增大. 进一步对薄膜晶体管的偏压稳定性进行测试, 发现晶体管的阈值电压的变化遵循了拉升指数函数(stretched exponential function)关系.     

神秘的超级电容器

电容是物理学的基本概念,电容器是电工电子线路中的基本元件.本文从微观结构、储能机理等方面 简单介绍超级电容器.并结合传统电容器概念及影响容量参数等因素阐述超级电容与物理电容的区别,从而揭示 了超级电容容量远大于物理电容的原因     

超导量子器件片上皮法电容的制备及测量

片上集成电容是超导量子芯片上的核心器件，其数值一般在百飞法(fF)至皮法(pF)范围.采用常规微纳加工技术在蓝宝石基片上制备了铌-氧化硅-铝(Nb/SiO₂/Al)平行板电容.利用刻蚀工艺制备了平行板电容器的下极板Nb,利用剥离工艺制备平行板电容器的上极板Al和介电层SiO₂.室温下利用锁相放大原理和桥式电路原理测定电容大小，两种方法测定电容值基本一致，表明锁相放大原理测试pF级电容的可靠性.利用该电容与铝基约瑟夫森结组成谐振器，制备了中心频率位于4.35 GHz的约瑟夫森参量放大器.在稀释制冷机中10 mK温度下测定直流偏置谐振器的磁通-频率相位图，拟合数据获得的电容值与室温测定电容值接近，表明在mK、GHz条件下工作的片上集成电容可在室温、kHz条件下测定其数值大小.     

巧用指针式多用电表的欧姆挡测电容

用欧姆表测量大容量电容器时,可通过监测指针的偏转情况了解电容的充电情况,从而测量电容器的电容.     

电化学阴极沉积制备氧化钴/CNTs复合电极的准电容特性

采用电化学阴极沉积还原Co(NO3)2的方法制备了具有准电容特性的氧化钴电极材料,其比容量达到280 F／g,采用CNTs作为电极基体,在其表面均匀的沉积了纳米钴化镍颗粒并由此制备了氧化钴碳纳米管复合电极材料.采用循环伏安,恒流充放电,交流阻抗及扫描电镜等方法考察了复合电极材料的容量特性、阻抗特性、自放电特性以及电极表观特征．实验表明复合电极具有良好的电化学特性,CNTs基体在明显降低氧化镍材料的阻抗的同时还提高了电极材料的电化学容量并拓宽了电极材料的有效工作电位窗,复合电极在1 mol／L KOH电解液中比容量达到322 F／g且表现了良好的电化学可逆性．并分别采用氧化钴／CNTs复合电极作为正极,活性炭纤维作为负极制备了复合型电化学电容器,其工作电压达到1．4 V,电容器质量比容量达到47 F／g．在0．1 A／cm2放电时,复合型电容器的能量密度达到10 Wh／kg,兼具高能量特性和优良的大电流放电特性．     

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<正>陶瓷结构固体电解质是一种具有较好应用前景的固体电解质.利用该类电解质制备的全固态锂电池有望从根本上解决当前锂电池存在的漏液、易燃、枝晶短路等安全隐患.目前影响陶瓷结构固体电解质实际应用的一大障碍是其表界面层结构在冲放电过程中的不稳定性.观测和研究各类陶瓷结构固体电解质的表界面结构,探寻提高其界面层结构的稳定性,已经成为相关领域的研究热点.本     

基于静电衰减规律的油品电导率测量

油品中的电荷遵循指数衰减规律,测出油品的相对电容率和时间常量,即可求出油品的电导率.通过电容比较测得油品的相对电容率,用放电过程电位的测量间接获得时间常量.采用静电自动测量系统采集数据,利用软件拟合出衰减曲线.该方法适用于电导率低于10-11S/m的油品测量.     

用静电换能器实施超声脉冲回波重合法精密测量固体的声速

本文讨论采用静电换能器实施脉冲回波重合法以精密测量固体介质的声速.由于静电换能器的非接触特性,避免了耦合层修正且容易实现正确的周期重合,从而大大提高了测量系统的性能.本文推导并计算了使用静电换能器时的回波测量系统的衍射修正量,设计并制作了ESO型固体声速仪及其探头装置.对几块玻璃和铝试样的测量结果表明,本测量系统测量声时的精度达到射频周期的1/500,即当超声频率10MHz时,声时测量精度达到0.2ns.