超级电容器用高压离子液体电解液地研究.pdfVIP

第30届全国化学与物理电源学术年会 超级电容器用高压离子液体电解液的研究 张兰，陈仕谋，陈辉，蔡迎军，吕兴梅，张锁江* 中国科学院过程工程研究所，北京，100190，中国 摘要：本文制备了两种离子液体电解液用于高电压超级电容器，实验结果表明，虽然两种电解液在 CV 扫 描中都表现了较好的稳定性，但在长时间的充放电循环后采用 1#电解液的电容器容量衰减严重；而采用加入了 少量的 PP13TFSI 的 2# 电解液的电容器则相当稳定，因此，PP13TFSI 离子液体能有效改善电解液在高电压下的稳 定性。 超级电容器（Supercapacitor ）又称电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。与 锂离子电池相比，超级电容器具有功率密度高、循环寿命长的特点[1-10] 。电解液对超级电容器的容量、内阻、 温度特性以及进一步的功率密度（P=V2/R ，V 为电容器的最高电压，R 为电容器等效内阻）、能量密度（E=1/2CV2 其中 C 为电容器的电容）等性能有着重要影响。为了提高电容器的能量密度，近年来学者们做了大量的工作， 主要包括对活性材料进行改性或制备新的高比容量材料[9-11]，或者研究具有更高电化学稳定性的电解液，从而 提高电容器的可用电压，其中比较有代表性的是离子液体电解液[7, 8, 12]。本文制备了两种高离子液体含量的 电解液，并在超级电容器中取得了良好的功率和容量性能。 1、实验 无水乙腈（AN ，阿拉丁）采用分子筛除水；离子液体（1-乙基-3 甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺盐（EmimTFSI） 和 N- 甲基-N-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐（PP13TFSI），自制，纯度＞99.0% ）90℃干燥 48 小时后使用，配 制 AN ：EmimTFSI =1:1 （1#电解液）和AN ：EmimTFSI：PP13TFSI= 5:4:1 （2# ）两种电解液；电容器采用 PVdF 做 粘结剂，乙炔黑做粘结剂，与活性炭按 5:5:90 的比例在 NMP 中混合均匀，球磨 4 小时后涂布在铝箔上，真空 干燥后备用，采用的活性炭比容量约为 52F/g 。 极片裁成直径 14mm 的圆片，采用 Celgard2400 隔膜，在手套箱内装成 2016 扣式电容，并在蓝电 CA2001 超级电容器测试仪上测试充放电性能，采用恒电流充放电，电流密度 1.5A/g。CV 扫描采用上海辰华 CHI660D 电 化学工作站，扫描速度 0.5mV/S，阻抗采用ACM 四通道Gill AC 电化学工作站进行测试，扫描范围 10mHz~10kHz。 2、结果与讨论 咪唑类离子液体具有较高的电导率和较宽的电化学窗口，且粘度相对较低，是超级电容器中应用最为广泛 的离子液体之一。本文所配制的两种电解液，离子液体含量均超为 50% （wt ）。对采用 1#和 2# 电解液的扣式电 容分别进行 CV 扫描，其结果如图 1 所示。从图中可以看到，两种电解液在 0~3V 内都呈矩形特征，表示在此电 压范围内没有明显的氧化还原反应发生。 1.00 1# electrolyte 2# electrolyte 0.75 0.50 )