离子液体与离子液体的混合，红宝石电容离子液体二元体系电解质

红宝石电容在双电层电容器中，离子液体具有较高的电化学稳定性，可以承受高达3.2～3.5V的最大可用电压，与基于有机溶剂的电解质相比，能量密度增加。另外，离子液体通常是不易燃的，并且它们的蒸气压力是可忽略的，与基于挥发性溶剂如乙腈相比，离子液体电解质（液）具有制备更安全的器件的潜力。然而，对于离子液体的使用也存在一些缺点：它们通常比有机溶剂成本更高，高黏度和低导电性会导致器件的电阻增加，这限制了双电层电容器的功率输出。克服纯离子液体运输性能低的问题的一种方法是使用离子液体与有机溶剂的共混物。用于制备混合物的常用有机溶剂是碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和乙腈。但也可使用其他溶剂，如己二腈（ADN）、甲氧基丙腈，另一种方法是使用共晶混合物。离子液体与离子液体的混合质子型离子液体的共晶混合物也是红宝石电容器电解质的可能选择，因为它们可以具有较低的黏度并且可在较宽的温度范围下使用。共晶混合物通常由相同的阴离子和不同的阳离子组成。一个常见的例子是［FSI］阴离子与吡咯烷和哌啶阳离子，红宝石电容具有相同的分子式，避免了阳离子形成有序晶格的分子结构。还有一种方法是将IL与常见的有机溶剂混合，与电势窗口较宽的离子液体电解液相比，黏度降低，导电性增加，可以提高超过一个数量级的电导率。显然，这种改进虽减小了IL的电势窗口，但仍然具有很好的性能。值得注意的是，这不是一般的方法，混合物应该根据活性物质和电解液进行专门设计。尽管离子液体电解质（液）具有明显的优势，但还有改进的空间。最简单的方法是将两种具有相同的阳离子，不同尺寸和几何形状的两类阴离子混合。对两个相似的ILs及其混合物进行了实验和计算，研究了洋葱状碳的电容行为，发现与单独的IL电解质相比，混合物中的比电容更高，但是最佳比例仍取决于离子的大小。具有较小的阴离子会导致形成较薄的双电层，这有利于形成较高的比电容。然而，与离子直接接触的电极的表面积对于较小的阴离子来说不一定较高。在混合离子液体电解质中，较小阴离子中大阴离子的存在会妨碍电荷分布的均匀性，并且可以导致薄的双电层，但在电极/电解质界面处具有最大的接触面积。Timperman等［31］报道了基于两种在室温下为固态的离子液体二元混合物的应用：吡咯烷（HPYRR+）硝酸盐和吡咯烷双（三氟甲基磺酰）亚胺，其将被简化为［PYRR］［NO3］和［PYRR］［TFSI］。红宝石电容选择的二元混合物作为电解质（x［PYRRHA］［NO3］=0.64、0.72、0.80）的电化学表征显示出在高达2.0V的电压，仍具有很有优异的电容性能（148F·g-1）。图7-10　在［PYRR］［NO3］+［PYRR］［TFSI］二元混合物中x［PYRRHA］［NO3］=0.72的0.3%A·g-1下的恒流充/放电。