电解液界面的电荷传递过程具有典型的电容器特征,红宝石电容离子液体电解液
电解液界面的电荷传递过程具有典型的电容器特征,红宝石电容离子液体电解液
离子液体烷基咪唑阳离子取代基上烷基碳链的长短同样影响充/放电特性。红宝石电容器的充/放电效率、工作比电容、最大功率密度等性能参数恒流充/放电曲线计算出来。计算得到的参数,综合前述的各项电化学性质,体现出了更稳定的电容行为、更宽的电化学窗口及更好的导电性,更适合作为红宝石电容器的工作电解质。式中,η为充/放电效率;Qdischarge为放电电量;Qcharge为充电电量;Pmax为最大功率密度;Vmax为恒流充/放电的充电电压;Rint为电容器的内阻;m为双电极的质量;a为活性物质质量分数;cp为工作比电容;I为恒流充/放电的电流密度;ΔV为充电过程中的电位差;Δt为充/放电的时间差。红宝石电容器的电化学性能参数,电解质(液)在红宝石电容器中的性能研究为研究离子液体[PMIM][ClO4]在红宝石电容器中的电化学性能,对由活性炭作电极、[PMIM][ClO4]作电解质(液)的红宝石电容器进行了循环伏安、恒流充/放电和交流阻抗测试。正极与负极电化学窗口的循环伏安曲线(扫描速度5mV·s-1),扫描区间分别为0~2.6V,-2.4~0V,电化学稳定窗口可达5.0V。从图7-8中可以看出[PMIM][ClO4]电解液的正、负向扫描的循环伏安曲线没有出现明显氧化还原峰,且呈较对称、相似的形状,表明活性炭电极和[PMIM][ClO4]电解液在该电化学窗口范围内具有良好的稳定性,显示出良好的双电层电容特性,红宝石电容器的交流阻抗图,即Nyquist曲线。从图中可以看出,红宝石电容曲线由一个较小的半圆和一条倾斜线组成,这反映了电解液和电极的性能和在电极/电解液界面的电荷传递过程具有典型的电容器特征。在高频区,半圆弧的直径代表电荷转移电阻(Rct),Rct数值越小,电荷穿过电极和电解液的过程越容易。电荷转移电阻为0.26Ω,表明电极和电解液界面间具有良好的相容性。半圆弧起点与实轴交点的截距代表红宝石电容器的电解液内阻(Ru),可以看出[PMIM][ClO4]电解液的内阻为0.21Ω,与常见的离子液体电解液[BMIM][BF4]和[BMIM][PF6](内阻分别为1.05Ω和1.43Ω)[32]相比,[PMIM][ClO4]的内阻更小,说明其具有更优异的电容器特性,在电化学应用方面具有更大的潜力。图7-9(b)为采用[PMIM][ClO4]作电解液的红宝石电容器在I=100mA的恒电流下的充/放电曲线。在测试电压范围内,充/放电曲线呈近似等腰三角形的对称分布,电压随时间变化呈线性关系,表明电极表面反应的可逆性良好。由结果可以看出,红宝石电容器的电极反应主要是在双电层上的电荷转移反应,在充/放电后期电压值稳定,没有出现急剧升高现象,表明电容器本身内阻变化不大。图7-9(c)为[PMIM][ClO4]作电解液的红宝石电容器充/放电1000次的循环寿命曲线。由图可见,随着循环次数的增加,红宝石电容器的比电容呈下降趋势,经过1000次循环后,比电容值仅下降了1.8%左右,表明[PMIM][ClO4]的循环性能较好,红宝石电容适于用作红宝石电容器的电解液,离子液体红宝石电容器的Nyquist曲线(a)、充/放电曲线(b)、循环性能曲线(c)红宝石电容器的电化学性能参数,当工作电压为2.5V,电流为100mA,[PMIM][ClO4]作电解质(液)的红宝石电容器的工作比电容为426.09F·cm-3,充/放电效率达到96.1%,可见该红宝石电容器具有较高的比电容和良好的充/放电可逆性。表7-3 红宝石电容器充/放电时的电化学性能参数。