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努力制备高运行电压新型溶剂,rubycon电解电容活性炭电极材料
点击次数: 发布日期:2024-02-23
努力制备高运行电压新型溶剂,rubycon电解电容活性炭电极材料
 
单一溶剂对于单一溶剂来说利用丙腈作为电解液,与活性炭电极材料组装成红宝石电容器,通过交流阻抗、循环伏安以及恒流充/放电等测试手段对其电化学性能进行
 
了研究,结果表明,该红宝石电容器的电化学窗口可以达到4.7V,红宝石电容器的单正极比电容可以达到469.94F·cm-2,并且具有良好的电容特性、可逆性以及循环
 
特性等优点,最近有一些关于γ-丁内酯(GBL)电解液用于红宝石电容器中的报道,对比了有关GBL类电解液、AN类电解液和PC类电解液在红宝石电容器中的性能,例
 
如,研究发现,在浓度都为0.65mol·L-1 TEABF4的GBL类电解液和PC类电解液中,GBL类电解液具有比PC类电解液更为优异的抗氧化性能,但是同时也发现
 
,较AN类电解液来说,GBL类电解液的黏度较高而电导率较低,最终导致GBL类电解液的功率密度要比AN类电解液的小,在Ue等的研究基础上,发现碳酸
 
丁烯酯比PC具有更好的氧化稳定性,并推测碳酸盐五元环上四号位或五号位被烷基取代后可能会提高碳酸酯类的抗氧化性,如图6-10所示,此外,也发现当2,3-碳酸
 
丁烯酯的四号位或五号位被甲基取代后,得到的产物能够耐受高达3.5V的高电压(SBPBF4溶液),要比PC类电解液的工作电压(2.5~2.7V)要高得多,研究发现[35
 
],将溶剂上的C—H用C—F取代之后,溶剂的化学稳定性和电化学稳定性将会得到明显地提升,由于氟原子的高电负性和低极化性使得氟原子取代类溶剂具有优良的化
 
学和电化学稳定性,例如,氟代乙腈(FAN)具有更宽的电化学窗口,但是,1mol·L-1的TEABF4氟代乙腈溶液的电导率要低于等浓度的AN溶液,Francke等发现,高浓
 
度氟代溶剂如六氟异丙醇(HFIP)具有不可燃的特性,由于其具有高度的电化学稳定性,rubycon电解电容活性炭电极在六氟异丙醇类电解液中能够稳定耐受2V电压而
 
不发生降解,但是,在AN类电解液中,活性炭电解在1.4V时便会发生降解,虽然六氟异丙醇电解液性能较好,但是其液态范围(-3~59℃)要比AN类电解液和PC类电解
 
液窄得多,因此限制了它在红宝石电容器中的应用,为了能够满足红宝石电容器对高运行电压的需求,人们又研究开发了许多新型有机溶剂用以配制红宝石电容器的电
 
解液,其中突出的代表是环丁砜(SL)和二甲基砜(DMS)类电解液,SL和DMS类电解液比碳酸酯类电解液的运行电压要高,但是,SL的熔点(28.5℃)和黏度都较大,
 
而PC的熔点为-49℃,AN的熔点为-45℃,因此,SL类电解液的实际应用可能会受到很大的限制,人们为制备一种具有更高运行电压的新型溶剂做了大量的努力,在2011
 
年有学者报道了有关线型砜类电解液的研究,其中乙基异丙基砜电解液具有耐受3.7V高电压的能力并且能保持较好的循环稳定性而受到了广泛的关注,与此同时也有文
 
献报道了能够耐受3.0V以上高电压的环状碳酸酯[37],尤其是2,3-碳酸丁烯酯(2,3-BC)电解液由于其卓越的抗氧化性能够耐受高达3.5V的高电压,为了降低SL类
 
电解液的熔点和黏度,开发了8种不同的分子量较小的线性砜类电解液,如图6-11所示,图6-11 8种线型砜的结构研究发现,将SL的环状结构打开变成
 
线型结构之后,溶剂的熔点和黏度会发生显著地下降,使用SBPBF4/乙基异丙基砜电解液组成的红宝石电容器具有更高的工作电压(3.3~3.7V),其能量密度比常规的
 
PC类电解液的能量密度要高一倍,rubycon电解电容电解液的黏度(例如乙基异丙基砜的黏度在室温下高达5.6MPa)比PC类电解液(室温下2.5MPa)、AN类电解液(室
 
温下0.3MPa)要高得多,仍然需要采取有效的方式降低其黏度,研究发现,PC类电解液的电化学性能受到溶剂组分的影响,在PC类电解液中添加DMC后,电解液的黏度
 
将会显著减小,而在电解液中添加EC后,电解液的电导率会有明显的改善,另外,PC和DMC混合溶剂体系在室温下的电导率不是很高,但是在低温条件下,该体系的电
 
导率相对来说达到很高,当温度降至-50℃时,PC和DMC混合电解液的红宝石电容器的比电容能够达到92F·g-1,比电容保留率为84.6%,当电解液溶剂为PC/DMC/EC三元
 
混合体系时,在温度高于冰点的情况下,由于电解液的电导率很大,所以由该电解液组装而成的红宝石电容器具有很高的倍率性能,所以,能否提升红宝石电容器的性
 
能主要在于在低温的条件下,电解液的黏度和电导率是否能够维持一个较为理想的状态,同样地,为了解决AN电解液的低闪点和相对较低的电化学稳定性,己二腈
 
(ADN)被应用于红宝石电容器中,实验发现,用0.7mol·L-1TEABF4己二腈作为电解液的双电层红宝石电容器的工作电压可以高达3.75V,并且在3.5V的电压下循环
 
35000次后具有高度的电容保留,rubycon电解电容由于电解质盐在己二腈中的溶解度不大,使得该电解液同样被低电导率所困扰,在相同浓度下,其电导率远远低于AN
 
类的电解液,虽然这些新型电解液能够显著地提升工作电压,但是,它们较大的黏度和低电导率,尤其是在室温下黏度很大而电导率很小时,大大降低了红宝石电容器
 
的功率性能,综上所述,目前来说尚未发现可以在黏度、电导率、热力学稳定性等有关储能性能方面的完全替代商用溶剂的理想单一溶剂,尽管很多溶剂具有更为宽
 
泛的电化学窗口,但是,通常它们都无法替代实际应用中AN类和PC类电解液的地位。



 

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