超級(jí)電容器離子液體電解質(zhì)的研究進(jìn)展

　　室溫離子液體是一類由于陰、陽(yáng)離子極不對(duì)稱和空間阻礙，導(dǎo)致離子靜電勢(shì)較低，完全由離子組成的液態(tài)物質(zhì)，簡(jiǎn)稱為離子液體。三氯化鋁和鹵化乙基吡啶離子液體是第一代室溫離子液體；S.John等合成出電化學(xué)穩(wěn)定性更好的二烷基咪唑陽(yáng)離子鹽后，離子液體迅速成為研究熱點(diǎn)。

　　超級(jí)電容器的比能量比鋰離子電池低，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(jí)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，超級(jí)電容器的電解液主要有水系和有機(jī)系兩種。水系電解液為硫酸溶液或氫氧化鉀溶液，腐蝕性較強(qiáng)，且制備的單體超級(jí)電容器的工作電壓低(只有約1V)。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(jí)電容器的工作電壓在2.5V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(duì)環(huán)境有影響等問題。

　　離子液體可直接作為超級(jí)電容器的液態(tài)電解質(zhì)，也可溶于有機(jī)溶劑中作為電解質(zhì)鹽，還可引入固體聚合物電解質(zhì)，以改善相關(guān)性能。

　　1液態(tài)電解質(zhì)

　　離子液體的陰離子主要由二(三氟甲基磺酰)亞胺(TFSI-)、BF4-和PF6-等構(gòu)成。離子液體的陽(yáng)離子主要由咪唑類、吡咯類及短鏈脂肪季胺鹽類等有機(jī)大體積離子構(gòu)成。

　　1.1咪唑類離子液體

　　咪唑類離子液體的黏度低、電導(dǎo)率高。自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(EMIBF4)后，咪唑類離子液體發(fā)展迅速。

　　1-丁基-3-甲基咪唑類(BMI+)離子液體由于黏度低、電導(dǎo)率相對(duì)較高，易合成，得到了廣泛的研究。B.Andrea等用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(BMIPF6)和1-丁基3-丁基咪唑四氟硼酸鹽(BMIBF4)作為活性炭(AC)/聚三甲基噻吩(pMeT)混合電容器的電解液。與有機(jī)電解液(PC-EtNBF4)電容器相比，離子液體電容器在60℃時(shí)的比能量、功率密度及電流效率較高。

　　高黏度是離子液體走向工業(yè)化應(yīng)用的主要障礙之一。在低溫下具有相當(dāng)高的電導(dǎo)率和低黏度的1-乙基-3-甲基咪唑氟化鹽(EMIF 2.3HF)用于超級(jí)電容器電解質(zhì)的研究較多。U.Makoto等用EMIF 2.3HF作為電解液，與1mol/LEt3MeNBF4/PC電解液進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在25℃下，前者的電導(dǎo)率可達(dá)100mS/cm，后者為13mS/cm。采用EMIF 2.3HF離子液體的超級(jí)電容器，內(nèi)阻相對(duì)較低(在水系和有機(jī)系電解液之間)，電容即使在低溫時(shí)都高于常見的EMIBF4離子液體超級(jí)電容器。EMIF 2.3HF的分解電壓僅為2V左右，導(dǎo)致能量密度過低；在70℃以上時(shí)，循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性能(約77℃開始失重)不理想，再加上HF的毒性，作為工業(yè)電解質(zhì)的應(yīng)用受到限制。

　　為了進(jìn)一步提高咪唑類離子液體電解質(zhì)的電導(dǎo)率，并降低黏度，同時(shí)保持較高的電化學(xué)窗口，咪唑類離子液體結(jié)合疏質(zhì)子有機(jī)溶劑PC和EC作為混合電解液得到了較多的研究。

　　A.B.McEwen等將2mol/L的EMIPF6溶解于AN中，作為超級(jí)電容器電解液，最高電導(dǎo)率可達(dá)60mS/cm。咪唑類離子液體除了對(duì)陰、陽(yáng)離子的選擇外，陽(yáng)離子的取代和陰離子的氟化也得到了一定的研究。從陽(yáng)離子的取代來(lái)看，EMI+咪唑環(huán)上2號(hào)位上的H活性比較強(qiáng)，當(dāng)H被穩(wěn)定性較強(qiáng)的烷基取代后，離子液體的穩(wěn)定性也得到了增強(qiáng)。

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