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超级电容器用离子液体电解质的研究进展

2016-09-22 02:14
FlappyBird
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  1.3短链脂肪季胺盐类离子液体

  短链脂肪季胺盐类离子液体最大的优点是对高比表面积的活性炭稳定,比咪唑类和吡咯烷离子液体具有更高的稳定性。

  T.Sato等研究了N,N-二甲基-N-乙基-N-2-甲氧基乙基铵二(三氟甲基磺酰)亚胺盐(DEMENTf2)作为超级电容器电解质的综合性能。EMENTf2呈现出很宽的液态范围,循环伏安曲线表明:电压窗口可达6V(铂电极),室温下的电导率为4.8mS/cm,与传统有机电解液相比,比电容和库仑效率较高。Y.Kanako等发现:DEMEBF4和MEMPBF4(阳离子为N-甲基-N-2-甲氧基乙基吡咯)电解质的稳定性能、高低温性能较好,电导率较高。这种离子液体和用同样的阳离子与TFSI-阴离子合成的离子液体,可提高超级电容器的高温安全性能。

  2、聚合物固态电解质

  离子液体聚合物电解质兼具聚合物力学性能好以及离子液体电导率高的优点,同时提高了电容器的安全性和稳定性。一般离子液体聚合物电解质可分为两类:①含离子液体的聚合物电解质;②在聚合物分子上引入离子液体结构,得到离子液体/聚合物电解质。

  聚合物基质主要由聚氧乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙烯醇(PVA)等构成。A.Lewandowske等研究了EMIBF4、EMINTf2、BMIBF4和BMIPF6等离子液体-聚合物电解质的电化学特性,发现:采用高比表面积活性炭材料时,比电容为45~180F/g。

  A.Lewandowske等用上述离子液体作为超级电容器电解质,通过加入环丁砜(TMS)作为增塑剂和离子液体稀释剂,提高了电解质的电导率,其中,PAN-EMIBF4-TMS的电导率为15mS/cm(相同条件下,纯EMIBF4离子液体的电导率为13.8mS/cm)。A.Lewandowske等将PYR14TFSI、EMIBF4和BMIPF6作为离子源,分别引入PAN、PEO及PVA聚合物基质中,制成三元固体电解质。在25.下,不同比例聚合物体系的电导率最高可达15mS/cm,电化学窗口为3V。

  A.Lewandowske等将离子液体1-甲基-3-乙基咪唑三氟甲磺酸(EMImTf)引入不同基质中,在25℃下,电导率最高值为16.2mS/cm。J.Reiter等研究了两种聚合物电解质:聚2-乙氧基乙基-异丁烯酸酯(PEOEMA)-PC-BMIPF6和PEOEMA-PC/EC-BMIPF6。这两种聚合物电解质的电导率较高电压窗口在玻璃碳电极上为4.3~4.4V,热稳定温度可达150℃以上,具有很好的热稳定性。

  3、结束语

  咪唑类离子液体的电导率高、黏度低,在超级电容器电解质中得到了广泛的研究,但仍然需要提高部分离子液体的稳定性和循环性能;吡咯类离子液体的电化学性能优良,在高温下的循环性能和热稳定性能优异,可应用于高温电容器中;短链脂肪四元季胺盐类离子液体对大比表面积活性炭性质稳定,但是一般常温下不能构成离子液体,通过附着含氧烷基基团(如甲氧基乙基),可降低其熔点。这类离子液体具有很宽的电压窗口、较高的电导率及很好的稳定性、高低温性能,可提高超级电容器的高温安全性能和稳定性。

  研发适合用作超级电容器电解质的、性能优良的离子液体是实现离子液体超级电容器电解质工业化的重要途径。

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