碳基電化學超級電容器新型電解液的研究與應用.pdf

1、與鋰離子電池相比，電化學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，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，提高比電容。工作電壓與電解液的分解電壓有關。目前，電化學超級電容器的工作電解質主要有水系電解液、有機電解液、固體電解質和凝膠電解質。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、有機系電解液為四氟硼酸四乙基銨鹽等電解質的有機溶液，制備的單體超級電容器的工作電壓在2.15 V以上；但存在有機溶劑易揮發(fā)、電導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。固體多聚物電解質在雙電層電容器中受到一定限制，因為室溫下大多數(shù)聚合物電解質的電導率較低，電極/電解質之間接觸情況很差，電解質鹽在聚合物基體中的溶解度相對較低，尤其當電容器充電時，低的溶解度會導致極化電極附近出現(xiàn)電解質鹽的結晶。因此，尋找電導率高、電化學窗

3、口寬、蒸汽壓低的新型安全電解質材料已成為業(yè)界迫切的追求。目前，一種新的物質--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，例如蒸汽壓極低，不易燃燒，電化學穩(wěn)定性高、化學和物理穩(wěn)定性高等，所以離子液體作為電解液在電化學超級電容器、鋰二次電池、太陽電池等電化學元件中的電化學行為及其對電池性能的影響已成為電解液研究的熱點方向之一。本論文在前人的基礎上研究了兩種新型離子液體和一種新型有機電解液作為電解質在電化學電容器中的應用

4、。 本論文共分為五章： 第一章簡要介紹了國內外電化學電容器方面的研究進展和電化學超級電容器電解質的研究現(xiàn)狀，以及室溫熔融鹽(即離子液體)的發(fā)展、制備和性質。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超級電容器方面的應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)室溫熔融鹽電解質的制備和表征及其在電化學電容器中的應用。 實驗室制備

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

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

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