CN100501888C - 一种用于电化学电容器的电解液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于电化学电容器的电解液是Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr或Mo金属的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、钼酸盐或铬酸盐分别配成0.1M～饱和溶液的水溶液作为主电解液备用，HNO3、H2SO4或HCl分别配成0.5～8M的水溶液作为辅助电解液，将一种或几种主电解液与一种或几种辅助电解液按体积比1∶10～10∶1混合均匀，得本发明的电解液。

Description

一种用于电化学电容器的电解液及其制备方法
技术领域
本发明属于涉及一种电解液及其制备方法，具体地说能产生高比电容的电化学电容器用电解液的制备方法。
背景技术
超级电容器就其性能而言是间于传统电容器和电池之间的一种能源，其储电机制有双电层电容机制和法拉第准电容机制。但不论哪种储电机制其电解液都是电化学惰性的，除了提供大量的正负离子和电荷传导之外，不能发生任何化学反应。无机电解液如KOH、Na2SO4、KCl、NaCl、LiCl等虽然有着较好的导电性。但是对于多孔炭电极材料，其单一的双电层电容机制使得单电极比电容不会太高。有机电解液虽然有着较宽的操作电位窗口，但是其粘度大、导电性能较无机电解液差。这会大大地影响电化学电容器的大功率充放电性能。另外，在电极材料相同的情况下，有机电解液的单电极比电容也远低于无机电解液的单电极比电容。总之，单一的双电层电容机制由于受电极材料比表面积的限制，其比电容量难以在现有的基础上有大幅提高。
发明内容
本发明的目的是制备一种适用于电化学电容器的、能产生高比电容的电解液及其制备方法。
本发明以Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr、Mo等元素作为活性物质。以Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr、Mo等金属的氯化物、硝酸盐、硫酸盐以及高锰酸盐、钼酸盐和铬酸盐等为主电解质，与辅助电解液硫酸、硝酸、盐酸等导电性能良好的强电解质溶液，以两种或多种组分兑成混合电解液。在充放电过程中，主电解液所含的活性金属离子发生电化学氧化还原反应，生成各种活性电对如Fe3+/Fe2+、Co3+，Co2+/Co及Cu2+，Cu+/Cu等，从而产生很大的法拉第准电容量；而辅助电解液由于有着优良的导电性能，所以辅助电解液的加入既为双电层电容的产生提供了大量的离子，同时又改善了电解液的导电性能。
本发明的电解液组成为：
Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr或Mo金属的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、钼酸盐或铬酸盐分别配成0.1M～饱和溶液的水溶液作为主电解液，HNO3、H2SO1或HCl分别配成0.5～8M的水溶液作为辅助电解液，主电解液与辅助电解液的体积比为1:10～10:1组成电解液。
本发明制备方法如下：
Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr或Mo金属的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、钼酸盐或铬酸盐分别配成0.1M～饱和溶液的水溶液作为主电解液备用，HNO3、H2SO4或HCl分别配成0.5～8M的水溶液作为辅助电解液，将主电解液与辅助电解液按体积比1:10～10:1混合均匀，得兑本发明的电解液。
本发明电解液适用于电极是所有的炭质多孔材料如活性炭、纳米炭管、活性炭纤维、活性炭微球、炭气凝胶等的电化学电容器。
本发明具有如下优点：
1.本发明所制备电化学电容器用电解液不同于一般的电解液之处在于电解液中含有能产生法拉第准电容的活性物质，从而可以极大地提高电容器充放电容量；
2.本发明所制备的电解液原料丰富、价格低廉，适用于所有的炭质多孔材料，有着良好的实用性。
具体实施方式
对比实施例
以BET比表面积为2780m2/g的多孔炭为电极材料，掺杂30％(质量比，下同)的石墨粉，加15％(质量比)PTFE乳液(浓度为60％)为粘结剂，充分搅拌，在10MPa的压力下模压成型。以2M H2SO4为电解液。在电流密度I＝0.2A/g(多孔炭，下同)条件下恒流充放电时，超级电容器单电极质量比电容为258F/g(多孔炭)(以放电容量为准，下同)；循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的结果为262F/g。其循环伏安曲线为典型的双电层电容特征。
实施例1
电极材料及其制备条件同上。以1.5M FeSO4溶液与2M H2SO4溶液以体积比1:10混和兑成的混合溶液作电解液。在电流密度I＝0.2A/g条件下恒流充放电时，超级电容器单电极质量比电容达545F/g；循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的结果为562F/g。充放电容量随着循环次数增加逐渐趋于稳定，有着较好的循环稳定性。
实施例2
电极材料及其制备条件同上。以1M CuSO4溶液与2M H2SO4溶液以体积比10:1混和兑成的混合溶液作电解液。在电流密度I＝0.2A/g条件下恒流充放电时，超级电容器单电极质量比电容达710F/g；循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的结果为712F/g。充放电容量随着循环次数增加逐渐趋于稳定，有着较好的循环稳定性。
实施例3
电极材料及其制备条件同上。以2M CuCl2溶液与2M H2SO4溶液以体积比3:7混和兑成的混合溶液作电解液。循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的超级电容器单电极质量比电容达912F/g；在dV/dt＝10mV/S时结果为710F/g。同实施例2的循环伏安曲线对比可知活性物质的电化学反应机理发生改变，电极过程的可逆性得到改善。
实施例4
将BET比表面积为1530m2/g的短切活性炭纤维用砚砵碾碎，与BET比表面积为2780m2/g的多孔炭以2:1比例混和均匀，掺杂20％的石墨粉，加12％PTFE乳液(浓度为60％)为粘结剂，充分搅拌，在10MPa的压力下模压成型。以1.5M NiCl2溶液与1.5M Ni(NO3)2溶液以及6MH2SO4溶液以体积比2:3:5混和兑成电解液。在电流密度I＝0.2A/g条件下恒流充放电时，超级电容器单电极质量比电容达508F/g；循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的结果为519F/g。
实施例5
电极材料及其制备条件同实施例4。以1M MnSO4溶液、1M MnCl2与4M HNO3溶液以体积比2:2:3混和兑成电解液。在电流密度I＝0.2A/g条件下恒流充放电时，超级电容器单电极质量比电容达485F/g；循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的结果为501F/g。
实施例6
以BET比表面积为870m2/g的活性炭微球(微米级)为电极材料，掺杂10％的石墨粉，加6％PTFE乳液(浓度为60％)为粘结剂，充分搅拌，在6MPa的压力下模压成型。以1M K2Cr2O7溶液，0.5M CrSO4溶液与6M HNO3溶液以体积比1:1:1混和兑成电解液。在电流密度I＝0.2A/g条件下恒流充放电时，超级电容器单电极质量比电容达276F/g；循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的结果为290F/g。
实施例7
电极材料及其制备条件同实施例6。以0.5M Na2MoO4溶液与0.5M HCl溶液及6M H2SO4溶液以体积比1:1:1混和兑成电解液。在电流密度I＝0.2A/g条件下恒流充放电时，超级电容器单电极质量比电容达310F/g；循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的结果为335F/g。
实施例8
以BET比表面积为820m2/g的炭气凝胶为电极材料，掺杂20％的石墨粉，加10％PTFE乳液(浓度为60％)为粘结剂，充分搅拌，在6MPa的压力下模压成型。以0.5M CoCl3溶液、1M CoSO4溶液与4M H2SO4溶液以体积比1:1:1混和兑成电解液，在电流密度I＝0.2A/g条件下恒流充放电时，超级电容器单电极质量比电容达330F/g；循环伏安法(dV/dt＝5mV/S)测得的结果为352F/g。

Claims (2)

1、一种用于电化学电容器的电解液，其特征在于Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr或Mo金属的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、钼酸盐或铬酸盐分别配成0.1M～饱和溶液的水溶液作为主电解液，HNO3、H2SO4或HCl分别配成0.5～8M的水溶液作为辅助电解液，一种或几种主电解液与一种或几种辅助电解液的体积比为1:10～10:1组成电解液。
2、如权利要求1所述的一种用于电化学电容器的电解液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr或Mo金属的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、钼酸盐或铬酸盐分别配成0.1M～饱和溶液的水溶液作为主电解液备用，HNO3、H2SO4或HCl分别配成0.5～8M的水溶液作为辅助电解液，将一种或几种主电解液与一种或几种辅助电解液按体积比1:10～10:1混合均匀，得到该用于电化学电容器的电解液。
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