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电解质盐通常占据一大部分的成本,rubycon代理烷基铵盐类
点击次数: 发布日期:2024-03-04
电解质盐通常占据一大部分的成本,rubycon代理烷基铵盐类
rubycon代理目前商业化的烷基季铵盐类电解质盐主要有:四乙基铵四氟硼酸盐(TEABF4)、三乙基甲基铵四氟硼酸盐(TEMABF4)、双吡咯烷四氟硼酸盐,由于TEABF4具有较为优良的性能,已经被广泛地用于电容器中,另外,有学者尝试了许多不同结构的季铵盐,也取得了较好的成果,TEABF4由于其较宽的电化学窗口,在大多数溶剂中具有较好的溶解性和离子导电性等特性,成为最常用的电容器有机电解液的电解质盐,TEABF4的乙腈(AN)或碳酸丙烯酯(PC)电解液被广泛地应用于电容器中,其运行电压可达到2.8V,在许多常见的有机溶剂中,TEABF4的溶解度只能达到1mol·L-1,无法满足电容器的高导电性的发展需求,对于电解质盐的溶解性来说,溶解性不仅仅影响离子浓度,而且还影响着电容器的能量密度,为提高电解质盐在电解液中的溶解度,人们又研究开发了许多不对称季铵盐,譬如三乙基甲基铵四氟硼酸盐(TEMABF4)、1-甲基-1-乙基吡咯烷四氟硼酸盐(MEY-BF4)和四亚甲基吡咯烷四氟硼酸盐(TMPY-BF4)等和其他环状季铵盐,这些盐在有机溶剂中具有更大的溶解度,从而增强了电解液的导电性,一些常见的烷基季铵盐类电解质的浓度与电导率关系示意图,由图中可以看出,电解液的电导率值随着浓度的增大而增大,而后又减小,存在极大值,常用的TEABF4电解质在PC中的浓度仅为1mol·L-1左右,而其他电解质盐浓度能够达到2mol·L-1以上,能够使电解液具有更高的电导率,因此,开发一种在有机溶剂中具有较大溶解性的电解质盐是十分有意义的,但是,从电解液的生产成本来看,电解质盐通常占据一大部分的成本,所以,同时考虑电解液性能(电解质盐的浓度)和电解液的生产成本也是十分有必要的,相对于TEABF4来说,TEMABF4由于其分子对称性较低,所以在PC中的溶解度大于TEABF4,其离子半径与质量都较小,形成的双电层对称性好,具有更多的正电荷和较强的极化率,所以其比容量要高于同类TEABF4电解液的电容器,可以在PC类电解液中用以替代TEABF4来充当电容器的电解质盐,将四乙基铵阳离子与含硼阴离子的双氟草酸硼酸根配对得到了一种溶解度较大的电解质盐,经实验发现1.6mol·L-1的四乙基铵双氟草酸硼酸盐的PC电解液体系,室温下电导率可达到14.46mS·cm-1,研究者在1A·g-1的电流密度和0~2.5V的电压条件下进行充/放电测试,经实验测试结果分析计算发现,使用四乙基铵双氟草酸硼酸盐作为电解质的电容器的比电容为21.4F·g-1,高于同等条件下1mol·L-1的TEABF4的PC电解液体系的19.6F·g-1,虽然TEABF4电解液的性能较为优良,但是,其能量密度和功率密度还是有所欠缺,为了增大电容器的能量密度和功率密度,最为有效的方式是提高电容器的工作电压,那么为了进一步提高电容器的工作电压,必须找到一种能够耐受超过2.8V电压的电解质盐,因此在近些年,双吡咯烷四氟硼酸盐,也就是通常所说的螺环季铵盐(SBPBF4)因其能够耐受大电压并且同时具备许多卓越的物理、化学和电化学特性而备受人们的关注,学者研究表明],SBPBF4的PC电解液所组装而成的活性炭基电容器的工作电压可以达到3.2V,并且表现出良好的电容行为,测试了1.5mol·L-1 SBPBF4和TEMABF4的PC电解液的电化学性能,通过循环伏安测试可以明显看出,当扫描电压增至3.0V以上时,TEMABF4电解液的循环伏安曲线发生了极化,曲线形状偏离典型电容器的类矩形循环伏安曲线,而在同样的条件下,SBPBF4电解液仍然呈现经典的电容器的类矩形循环伏安曲线,证实了SBPBF4的循环特性要明显优于TEMABF4电解液,其电化学窗口也要大TEMABF4电解液,SBPBF4这些优良的电化学性能源自于它独特的化学结构,SBPBF4阳离子具有类似数字“8”的不对称结构,SBPBF4和TEMABF4分子模型和结构我们知道,电容器的比电容不仅仅取决于电极材料的比表面积而且还取决于电极材料的孔径分布,孔洞的可进入性与电解质盐的阴阳离子的尺寸和类型以及离子的溶剂化效应密切相关,电极材料上存在的微小的孔洞,一方面增大了电极材料的比表面积,而在另一方面则限制了离子进入,使得较大尺寸的离子无法进入到材料的孔洞之中,使得电极材料的表面无法被有效利用,rubycon代理最终导致了电容器的比电容下降,通过模拟计算发现,SBPBF4的阳离子的尺寸为0.418nm,而TEMABF4的阳离子尺寸为0.654nm,由于SBPBF4具有相比于TEMABF4更小尺寸的阳离子,电化学性能稳定,可在有机溶剂中获得更高的浓度和更稳定的电化学性能,所以在溶剂中比TEMA和TEA阳离子具有更好的扩散性,从而使得电解液的电导率得以提高,能够更好地进入电极材料的微孔之中,充分利用活性材料的表面积,使得电容器的电容量得以提升,发现SBPBF4的AN电解液的电阻小于TEMABF4的AN电解液的电阻,原因可能是SBPBF4电解液的离子迁移率和导电性都优于TEMABF4电解液,同时SBPBF4电解液的界面电阻也小于TEABF4电解液的界面电阻,造成这种现象的原因可能是SBPBF4电解液的迁移性较好,具有更好的分离能力和较小的阳离子粒径,有利于电解液渗透进入活性炭的孔结构中,减小了界面电阻,Chiba等研究发现,SBPBF4具有宽电化学窗口、高导电性和良好的比电容率,在-40℃的低温条件下,SBPBF4的PC电解液的电容量比TEMABF4的PC电解液的要高。

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