碳基電化學(xué)超級電容器新型電解液的研究與應(yīng)用.pdf

1、與鋰離子電池相比，電化學(xué)超級電容器具有低的比能量和高的比功率，在保持高比功率的同時(shí)，提高比能量是急需解決的問題。提高單體超級電容器的比能量，需要在提高工作電壓的同時(shí)，提高比電容。工作電壓與電解液的分解電壓有關(guān)。目前，電化學(xué)超級電容器的工作電解質(zhì)主要有水系電解液、有機(jī)電解液、固體電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)。水系電解液為硫酸溶液或氫氧化鉀溶液，水系電解液能提供很高的比電容，但能量密度低且易腐蝕設(shè)備，且制備的單體超級電容器的工作電壓低(只有約1V)。

2、有機(jī)系電解液為四氟硼酸四乙基銨鹽等電解質(zhì)的有機(jī)溶液，制備的單體超級電容器的工作電壓在2.15 V以上；但存在有機(jī)溶劑易揮發(fā)、電導(dǎo)率和工作電壓提高困難、有安全隱患及對環(huán)境有一定影響等問題。固體多聚物電解質(zhì)在雙電層電容器中受到一定限制，因?yàn)槭覝叵麓蠖鄶?shù)聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較低，電極/電解質(zhì)之間接觸情況很差，電解質(zhì)鹽在聚合物基體中的溶解度相對較低，尤其當(dāng)電容器充電時(shí)，低的溶解度會導(dǎo)致極化電極附近出現(xiàn)電解質(zhì)鹽的結(jié)晶。因此，尋找電導(dǎo)率高、電化學(xué)窗

3、口寬、蒸汽壓低的新型安全電解質(zhì)材料已成為業(yè)界迫切的追求。目前，一種新的物質(zhì)--室溫熔融鹽(又名室溫離子液體或離子液體)因它具有諸多優(yōu)異的性質(zhì)，例如蒸汽壓極低，不易燃燒，電化學(xué)穩(wěn)定性高、化學(xué)和物理穩(wěn)定性高等，所以離子液體作為電解液在電化學(xué)超級電容器、鋰二次電池、太陽電池等電化學(xué)元件中的電化學(xué)行為及其對電池性能的影響已成為電解液研究的熱點(diǎn)方向之一。本論文在前人的基礎(chǔ)上研究了兩種新型離子液體和一種新型有機(jī)電解液作為電解質(zhì)在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用

4、。 本論文共分為五章： 第一章簡要介紹了國內(nèi)外電化學(xué)電容器方面的研究進(jìn)展和電化學(xué)超級電容器電解質(zhì)的研究現(xiàn)狀，以及室溫熔融鹽(即離子液體)的發(fā)展、制備和性質(zhì)。最后提出了本論文的總體思路及研究方向； 第二章簡述了新型電解液在電化學(xué)超級電容器方面的應(yīng)用研究和測試方法與原理； 第三章描述鋰鹽雙乙二酸硼酸鋰LiBOB-2-噁唑烷酮(OZO)室溫熔融鹽電解質(zhì)的制備和表征及其在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)室制備

5、了具有不同摩爾比的LiBOB-2-噁唑烷酮(OZO)熔融鹽復(fù)合電解質(zhì)，電導(dǎo)率測試表明摩爾比為1:6的復(fù)合體系電導(dǎo)率更高，循環(huán)伏安測試表明該體系電勢窗口可達(dá)3.9 V。用具有最佳性能的復(fù)合電解質(zhì)性炭組裝成電化學(xué)電容器，活性碳在該體系中具有良好的電容行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度升高可提高電解液的電導(dǎo)率，循環(huán)性能變好，比電容也有所增加，是一種符合電化學(xué)超級電容器要求的液體電解質(zhì)； 第四章描述雙乙二酸硼酸鋰LiBOB-乙酰胺(Acetami

6、de)室溫熔融鹽電解質(zhì)的制備和表征及其在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)室制備了具有不同摩爾比的LiBOB-乙酰胺(Acetamide)熔融鹽復(fù)合電解質(zhì)，電導(dǎo)率測試表明摩爾比為1:7的復(fù)合體系電導(dǎo)率更高，循環(huán)伏安測試表明該體系電勢窗口可達(dá)2.7 V。用具有最佳性能的復(fù)合電解質(zhì)性炭組裝成電化學(xué)電容器，活性碳在該體系中具有良好的電容行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度升高可提高電解液的電導(dǎo)率，循環(huán)性能變好，比電容也有所增加，是一種符合電化學(xué)超級電容

7、器要求的液體電解質(zhì)。 第五章描述雙乙二酸硼酸鋰(LiB(C2O4)2，LiBOB)為基的疏質(zhì)子溶劑(1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，DMI)有機(jī)電解液的電化學(xué)性質(zhì)及其在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用研究。 實(shí)驗(yàn)室制備了0.7 M的LiBOB/DMI，電導(dǎo)率測試表明該體系的室溫電導(dǎo)率可達(dá)2.16 mS cm-1，循環(huán)伏安測試表明該體系電勢窗口可達(dá)3.0 V。用它作電解液組裝成活性炭電化學(xué)超級電容器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性碳在該體系中具有良