CN103021676B - 一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法 - Google Patents
一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103021676B CN103021676B CN201210552191.3A CN201210552191A CN103021676B CN 103021676 B CN103021676 B CN 103021676B CN 201210552191 A CN201210552191 A CN 201210552191A CN 103021676 B CN103021676 B CN 103021676B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrolyte
- nano
- improves
- carbon
- ethyl
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 29
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 8
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- -1 tetraethylammonium tetrafluoroborate Chemical group 0.000 claims description 52
- RMLHVYNAGVXKKC-UHFFFAOYSA-N [SH2]=N.C(F)(F)F Chemical compound [SH2]=N.C(F)(F)F RMLHVYNAGVXKKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N Propene Chemical compound CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 22
- IBZJNLWLRUHZIX-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-2h-imidazole Chemical compound CCN1CN(C)C=C1 IBZJNLWLRUHZIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- PWVDAYXZBXAOSA-UHFFFAOYSA-N 2-butyl-1-methylpyrrolidine Chemical class CCCCC1CCCN1C PWVDAYXZBXAOSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- UTEONYSEZPKDNY-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-2-(trifluoromethylsulfonyl)-2H-imidazole Chemical compound FC(S(=O)(=O)C1N(C=CN1C)CC)(F)F UTEONYSEZPKDNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- WGVGZVWOOMIJRK-UHFFFAOYSA-N 1-hexyl-3-methyl-2h-imidazole Chemical compound CCCCCCN1CN(C)C=C1 WGVGZVWOOMIJRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HPVKETCOXLFZKK-UHFFFAOYSA-N 2-butyl-1-methylpiperidine Chemical class CCCCC1CCCCN1C HPVKETCOXLFZKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ASUDFOJKTJLAIK-UHFFFAOYSA-N 2-methoxyethanamine Chemical group COCCN ASUDFOJKTJLAIK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000004177 diethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- VKEQBMCRQDSRET-UHFFFAOYSA-N Methylone Chemical group CNC(C)C(=O)C1=CC=C2OCOC2=C1 VKEQBMCRQDSRET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 description 12
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 10
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 7
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 7
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- SIXOAUAWLZKQKX-UHFFFAOYSA-N carbonic acid;prop-1-ene Chemical compound CC=C.OC(O)=O SIXOAUAWLZKQKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法，属于超级电容器技术领域。电解液由传统电解液与碳纳米材料组成，碳纳米材料的质量分数为0.01%-1%；传统电解液选自有机电解液或离子液体，碳纳米材料为碳纳米管、纳米石墨和纳米碳颗粒中的一种或多种。电解液的制备方法为：在含氧量为0.1-1？PPM、含水量为0.1-1？PPM的环境中，将碳纳米材料在20-60℃、功率为30-3000W的条件下超声2-50小时或以300-40000转/分的转速搅拌2-50小时，使之分散在传统电解液中。本发明提供的电解液的导电率为传统电解液的1.3-2倍，增大了电容器的寿命，节约了成本，扩大了电容器的应用范围。<!--1-->
Description
技术领域
本发明属于超级电容器技术领域，特别涉及一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种利用电化学的电容原理储能的设备，具有功率密度高，使用寿命长的优点，可以用作不稳定电流的储存（如风能与潮汐能），以及大型交通工具（如轮船或飞机）的备用照明电源，也可用作电池的调峰值功能使用。但与锂离子电池相比，超级电容器的能量密度比较低，在一些比如体积小，重量级的交通工具与移动电子设备方面的应用受到限制。
超级电容器主要由电极材料、电解液、隔膜与集体流及包装壳体等构成，虽然电极材料是产生电容的唯一物质，但其必须在一定的电解液中，在一定电压下由电解液中的离子扩散到其表面，才能建立起电容性能。虽然电极材料的种类繁多，但电解液只有水性电解液（含KOH或H2SO4），有机电解液（如四氟硼酸四乙基铵、3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑等溶解在碳酸丙烯酯或乙腈中）或离子液体（如N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐，四氟硼酸四乙基铵、N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐，1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，三甲基丙铵双三氟甲磺酰亚胺盐，二乙基甲铵乙基甲醚双三氟甲磺酰亚胺盐，1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐等）三大类。其中水性电解液的电导率最高，但仅能在1V左右的电压下工作，无法获得高的能量密度。有机电解液可以在3-4V的电压下工作，而离子液体型电解液可以在3-6V下工作，理论上可以获得更高的能量密度。然而，有机电解液与离子液体型电解液的电导率均显著低于水性电解液，内阻大不但不利于获得更高的功率密度，而且无法获得良好的循环寿命。这些缺点影响到了其商业化应用与放大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法。
一种用于高电压超级电容器的电解液，由传统电解液与碳纳米材料组成，其中碳纳米材料的质量分数为0.01%-1%。
所述的传统电解液为有机电解液或离子液体；
所述的有机电解液包括但不限于四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯，3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/碳酸丙烯酯，双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/碳酸丙烯酯，四氟硼酸四乙基铵/乙腈，3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/乙腈，双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/乙腈；
所述的离子液体包括但不限于四氟硼酸四乙基铵，N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐，N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐，1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，三甲基丙铵双三氟甲磺酰亚胺盐，二乙基甲铵乙基甲醚双三氟甲磺酰亚胺盐，1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种；
所述的碳纳米材料为：碳纳米管、纳米石墨和纳米碳颗粒中的一种或多种；其中所述的碳纳米管的直径为0.4-100nm，长度为20nm-100μm；所述的纳米石墨的厚度为0.34nm-100nm，最大尺寸为100μm；所述的纳米碳颗粒的直径为0.7nm-100nm。
一种用于高电压超级电容器的电解液的制备方法，步骤如下：
在含氧量为0.1-1PPM、含水量为0.1-1PPM的环境中，将碳纳米管、纳米石墨或纳米碳颗粒中的一种或多种在20-60℃、功率为30-3000W的条件下超声2-50小时或在20-60℃条件下以300-40000转/分的转速搅拌2-50小时，使之分散在传统电解液中；然后静置于常温下、在与水和氧隔绝的环境下密封保存。
本发明的有益效果为：
本发明提出的用于高电压超级电容器的电解液导电率为传统电解液的1.3-2倍；使用的电压窗口与所用的传统电解液相同；与使用相对应的传统电解液的电容器相比，使以碳材料（如碳纳米管，纳米石墨，活性碳，纳米碳颗粒中的一种或多种，或添加聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯粘接剂的上述电极材料）为电极材料的超级电容器比电容或功率密度增加20-200%，使用的功率密度范围提高50-100%，循环寿命提高50-200%；
在填加少量碳纳米材料的前提下，电导率大幅度提高，因而电容器的比电容、能量密度、功率密度与循环寿命大幅度提高；在制备成本增长不太大的情况下，使电容器的可用年限大幅度提高，相当于节省了成本；
在填加少量碳纳米材料时，电解液的粘度略有上升，但在实际制备电容器过程中，有利于涂膜，因而损耗较小，相当于降低了实际操作过程中电解液的损耗量，可降低电容器制备成本的5-10%；
由于电解液的内阻降低了50-100%，故可以制作体积更大及总体电压更高的电容组件，有利于大规模的储能使用（如使用风能与潮汐能等不稳定电能的储存与转运）；
由于电容器的功率密度与能量密度提高，更加适合用于电动车等对电容器体积要求与重量严格场合，拓宽了其应用范围。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明：
实施例1：
在含氧量为0.3PPM、含水量为0.7PPM的环境中，将质量分数为1%、直径为0.4nm，长度为20nm的碳纳米管，加入四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯中，在功率为30W的超声波发生器中20℃下处理50小时，得到新的电解液，其电导率比纯四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯提高100%。组装电容器（使用单壁碳纳米管电极材料，并使用聚四氟乙烯粘接剂）后，与使用相同质量的纯四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高50%，能量密度提高50%，功率密度提高100%，可使用的功率密度范围拓宽100%，循环寿命提高100%。
实施例2：
在含氧量为0.3PPM、含水量为0.5PPM的环境中，将质量分数为0.2%、直径为1-2nm，长度为100μm的碳纳米管，加入N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐中，在功率为3000W的超声波发生器中60℃下处理5小时，得到新的电解液，其电导率比纯四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯提高35%。组装电容器（使用双壁碳纳米管电极材料）后，与使用相同质量的纯N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在5V下工作时电容器的比电容提高100%，能量密度提高100%，功率密度提高100%，可使用的功率密度范围拓宽100%，循环寿命提高100%。
实施例3：
在含氧量为0.3PPM、含水量为0.3PPM的环境中，将质量分数为0.05%、直径为1-2nm，长度为20μm的碳纳米管，加入3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐中，在功率为800W的超声波发生器中40℃下处理30小时，得到新的电解液，其电导率比纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐提高100%。组装电容器（使用双壁碳纳米管电极材料）后，与使用相同质量的纯N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高50%，能量密度提高50%，功率密度提高200%，可使用的功率密度范围拓宽100%，循环寿命提高100%。
实施例4：
在含氧量为0.1PPM、含水量为0.4PPM的环境中，将质量分数为0.5%、直径为1-3nm，长度为50μm的碳纳米管，加入3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐中，在功率为1800W的超声波发生器中45℃下处理25小时，得到新的电解液，其电导率比纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐提高100%。组装电容器（使用质量分数为10%的单层纳米石墨、质量分数为50%的双层纳米石墨与质量分数为40%的双壁碳纳米管电极材料）后，与使用相同质量的纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高50%，能量密度提高50%，功率密度提高90%，可使用的功率密度范围拓宽90%，循环寿命提高90%。
实施例5：
在含氧量为0.1PPM、含水量为0.1PPM的环境中，将质量分数均为0.5%、直径为1-2nm，长度为9μm的碳纳米管与厚度为3nm，最大尺寸为100μm的纳米石墨，加入3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐中，在功率为3000W的超声波发生器中60℃下处理40小时，得到新的电解液，其电导率比纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐提高80%。组装电容器（使用质量分数为90%的单层纳米石墨与质量分数为10%的双层纳米石墨为电极材料）后，与使用相同质量的纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高70%，能量密度提高67%，功率密度提高100%，可使用的功率密度范围拓宽100%，循环寿命提高100%。
实施例6：
在含氧量为0.2PPM、含水量为0.2PPM的环境中，将质量分数为0.5%、直径为20-80nm，长度为100μm的碳纳米管，加入3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/碳酸丙烯酯中，在功率为300W的超声波发生器中40℃下处理50小时，得到新的电解液，其电导率比纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/碳酸丙烯酯提高100%。组装电容器（使用双壁碳纳米管电极材料，并使用聚偏氟乙烯粘接剂）后，与使用相同质量的纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/碳酸丙烯酯电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高50%，能量密度提高50%，功率密度提高120%，可使用的功率密度范围拓宽120%，循环寿命提高100%。
实施例7：
在含氧量为0.1PPM、含水量为0.4PPM的环境中，将质量分数为0.5%、直径为1-10nm，长度为30μm的碳纳米管，加入四氟硼酸四乙基铵/乙腈中，在功率为1000W的超声波发生器中20℃下处理10小时，得到新的电解液，其电导率比纯四氟硼酸四乙基铵/乙腈提高90%。组装电容器（使用直径为8nm的多壁碳纳米管电极材料，并使用聚四氟乙烯粘接剂）后，与使用相同质量的纯四氟硼酸四乙基铵/乙腈电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高70%，能量密度提高50%，功率密度提高150%，可使用的功率密度范围拓宽150%，循环寿命提高60%。
实施例8：
在含氧量为0.2PPM、含水量为0.5PPM的环境中，将质量分数为1%、厚度为2nm、最大尺寸为50μm的纳米石墨，加入四氟硼酸四乙基铵/乙腈中，在功率为3000W的超声波发生器中60℃下处理2小时，得到新的电解液，其电导率比纯四氟硼酸四乙基铵/乙腈提高50%。组装电容器（使用质量分数为10%的单层纳米石墨和质量分数为90%的双壁碳纳米管为电极材料，并使用聚四氟乙烯粘接剂）后，与使用相同质量的纯四氟硼酸四乙基铵/乙腈电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在3V下工作时电容器的比电容提高50%，能量密度提高20%，功率密度提高50%，可使用的功率密度范围拓宽50%，循环寿命提高60%。
实施例9：
在含氧量为0.1PPM、含水量为0.4PPM的环境中，将质量分数为0.01%、厚度为100nm、最大尺寸为1μm的纳米石墨，加入3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐中，在功率为2000W的超声波发生器中40℃下处理50小时，得到新的电解液，其电导率比纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐提高80%。组装电容器（使用质量分数为1%的双壁碳纳米管和质量分数为99%的单壁碳纳米管为电极材料）后，与使用相同质量的纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高20%，能量密度提20%，功率密度提高20%，可使用的功率密度范围拓宽20%，循环寿命提高50%。
实施例10：
在含氧量为0.3PPM、含水量为0.2PPM的环境中，将质量分数为1%、厚度为3nm、最大尺寸为3μm的纳米石墨，加入N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐中，在功率为600W的超声波发生器中40℃下处理50小时，得到新的电解液，其电导率比纯N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐提高80%。组装电容器（使用三壁碳纳米管为电极材料）后，与使用相同质量的纯N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在5V下工作时电容器的比电容提高50%，能量密度提高20%，功率密度提高50%，可使用的功率密度范围拓宽50%，循环寿命提高60%。
实施例11：
在含氧量为0.1PPM、含水量为0.1PPM的环境中，将质量分数为0.3%、厚度为50nm、最大尺寸为10μm的纳米石墨，加1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中，在功率为1200W的超声波发生器中40℃下处理20小时，得到新的电解液，其电导率比纯1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐提高100%。组装电容器（使用质量分数为50%的单层纳米石墨与质量分数为50%的单壁碳纳米管为电极材料）后，与使用相同质量的纯1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高60%，能量密度提高50%，功率密度提高50%，可使用的功率密度范围拓宽65%，循环寿命提高80%。
实施例12：
在含氧量为0.3PPM、含水量为0.2PPM的环境中，将质量分数为0.3%、厚度为0.34nm、最大尺寸为1μm的纳米石墨，加1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐各50wt%的混合离子液中，在功率为800W的超声波发生器中40℃下处理34小时，得到新的电解液，其电导率比1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐各50wt%的混合离子液提高80%。组装电容器（使用质量分数为10%的双壁碳纳米管与质量分数为90%的双层纳米石墨为电极材料）后，与使用相同质量的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐各50wt%的混合离子液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高50%，能量密度提高30%，功率密度提高90%，可使用的功率密度范围拓宽90%，循环寿命提高60%。
实施例13：
在含氧量为0.1PPM、含水量为0.3PPM的环境中，将质量分数为0.8%的直径为1-10nm、长度为30μm的碳纳米管，加入N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐和1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐各50wt%的混合离子液中，在35℃下以1000转/分搅拌30小时，得到新的电解液，其电导率较N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐和1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐各50wt%的混合离子液体提高80%。组装电容器（使用单层纳米石墨为电极材料）后，与使用相同质量的N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐和1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐各50wt%的混合离子液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高30%，能量密度提高30%，功率密度提高70%，可使用的功率密度范围拓宽70%，循环寿命提高30%。
实施例14
含氧量为1PPM、含水量为1PPM的环境中，将质量分数为0.01%的直径为100nm的纳米碳颗粒，加N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐中，在功率为300W的超声波发生器中40℃下处理50小时，得到新的电解液，其电导率比纯N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐提高40%。组装电容器（使用质量分数为10%的单壁碳纳米管、质量分数为30%的双壁碳纳米管、质量分数为60%的三层纳米石墨的电极材料）后，与使用相同质量的纯N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体的电容器（使用同样的电极材料）相比，在5V下工作时电容器的比电容提高50%，能量密度提高50%，功率密度提高100%，可使用的功率密度范围拓宽100%，循环寿命提高80%。
实施例15：
含氧量为0.3PPM、含水量为0.1PPM的环境中，将质量分数为0.2%的直径为5-7nm的纳米碳颗粒，加双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/乙腈中，在20℃下以5000转/分搅拌1小时，得到新的电解液，其电导率比纯双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/乙腈提高40%。组装电容器（使用质量分数为60%为双壁碳纳米管和质量分数为40%的单壁碳纳米管电极材料，并使用聚偏氟乙烯粘接剂）后，与使用相同质量的纯双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/乙腈的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高30%，能量密度提高30%，功率密度提高70%，可使用的功率密度范围拓宽70%，循环寿命提高50%。
实施例16：
含氧量为1PPM、含水量为0.7PPM的环境中，将质量分数均为0.25%的直径为10-20nm的纳米碳颗粒和直径为10-50nm，长度为8μm的碳纳米管，加四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯中，在功率为300W的超声波发生器中40℃下处理50小时，得到新的电解液，其电导率比纯四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯提高80%。组装电容器（使用双壁碳纳米管/聚四氟乙烯粘接剂的电极材料）后，与使用相同质量的纯四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高70%，能量密度提高60%，功率密度提高100%，可使用的功率密度范围拓宽100%，循环寿命提高100%。
实施例17：
含氧量为0.3PPM、含水量为0.5PPM的环境中，将质量分数均为0.4%、厚度为5-30nm、最大尺寸为60μm的纳米石墨和直径为50-100nm,长度为1μm的碳纳米管，加双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/碳酸丙烯酯中，在50℃下以40000转/分搅拌5小时，得到新的电解液，其电导率比纯双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/碳酸丙烯酯提高80%。组装电容器（使用质量分数为50%的双壁碳纳米管与质量分数为50%的双层纳米石墨的电极材料，并使用聚偏氟乙烯粘接剂）后，与使用相同质量的纯双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/碳酸丙烯酯的电容器（使用同样的电极材料）相比，在4V下工作时电容器的比电容提高70%，能量密度提高60%，功率密度提高100%，可使用的功率密度范围拓宽50%，循环寿命提高50%。
实施例18：
含氧量为0.1PPM、含水量为0.4PPM的环境中，将质量分数均为0.05%、直径为10-20nm的纳米碳颗粒和厚度为10-20nm、最大尺寸为30μm的纳米石墨，加二乙基甲铵乙基甲醚双三氟甲磺酰亚胺盐中，在40℃下以300转/分搅拌50小时，得到新的电解液，其电导率比二乙基甲铵乙基甲醚双三氟甲磺酰亚胺盐提30%。组装电容器（使用1-3层纳米石墨的电极材料）后，与使用相同质量的纯二乙基甲铵乙基甲醚双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体的电容器（使用同样的电极材料）相比，在5.2V下工作时电容器的比电容提高20%，能量密度提高20%，功率密度提高50%，可使用的功率密度范围拓宽50%，循环寿命提高50%。
实施例19：
含氧量为0.2PPM、含水量为1PPM的环境中，将质量分数均为0.1%的直径为1nm，长度为50μm的单壁碳纳米管和直径为0.7nm的纳米碳颗粒，加1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中，在60℃下以4000转/分搅拌12小时，得到新的电解液，其电导率比1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐提高100%。组装电容器（使用质量分数为50%的单壁碳纳米管与质量分数为50%、直径为7nm的纳米碳颗粒的电极材料）后，与使用相同质量的纯1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体的电容器（使用同样的电极材料）相比，在6V下工作时电容器的比电容提高95%，能量密度提高90%，功率密度提高170%，可使用的功率密度范围拓宽90%，循环寿命提高100%。
实施例20：
在含氧量为0.2PPM、含水量为0.4PPM的环境中，将质量分数为0.2%的厚度为2nm、直径为50μm的纳米石墨，加入3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/乙腈中，在功率为2500W的超声波发生器中20℃下处理2小时，得到新的电解液，其电导率比纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/乙腈提高80%。组装电容器（使用活性碳为电极材料，并使用聚四氟乙烯为粘接剂）后，与使用相同质量的纯3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/乙腈电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在3V下工作时电容器的比电容提高20%，能量密度提20%，功率密度提高20%，可使用的功率密度范围拓宽20%，循环寿命提高50%。
实施例21：
在含氧量为0.2PPM、含水量为0.1PPM的环境中，将质量分数为0.6%的直径为1.4nm,长度为10μm的碳纳米管，加入四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯中，在功率为1500W的超声波发生器中30℃下处理20小时，得到新的电解液，其电导率比纯四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯提高50%。组装电容器（使用质量分数为50%、直径为5nm的纳米碳颗粒与质量分数为50%的双壁碳纳米管为电极材料，并使用聚四氟乙烯为粘接剂）后，与使用相同质量的纯四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯电解液的电容器（使用同样的电极材料）相比，在3.5V下工作时电容器的比电容提高40%，能量密度提40%，功率密度提高50%，可使用的功率密度范围拓宽50%，循环寿命提高60%。
Claims (4)
1.一种用于高电压超级电容器的电解液，其特征在于，所述的电解液由传统电解液与碳纳米材料组成，其中传统电解液为有机电解液或离子液体；
所述的传统电解液为有机电解液时，对应的碳纳米材料为碳纳米管、纳米石墨和纳米碳颗粒中的一种或多种；所述的碳纳米管的直径为0.4-100nm，长度为0.02-100μm；
所述的传统电解液为离子液体时，对应的碳纳米材料为碳纳米管、纳米石墨和纳米碳颗粒中的一种或多种，所述的碳纳米管的直径为0.4-100nm，长度为20nm-100μm，其条件是不包括直径为0.5-2nm，长度为0.5-30μm的碳纳米管，以及直径为10-50nm，长度为0.1-30μm的碳纳米管；
两类电解液中，纳米石墨的厚度均为0.34-100nm，最大尺寸为100μm，纳米碳颗粒的直径为0.7nm-100nm；碳纳米材料的质量分数为0.01％-1％。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的有机电解液为四氟硼酸四乙基铵/碳酸丙烯酯，3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/碳酸丙烯酯，双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/碳酸丙烯酯，四氟硼酸四乙基铵/乙腈，3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐/乙腈，双三氟甲基磺酰1-乙基-3-甲基咪唑/乙腈。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的离子液体为四氟硼酸四乙基铵，N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐，N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐，1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，三甲基丙铵双三氟甲磺酰亚胺盐，二乙基甲铵乙基甲醚双三氟甲磺酰亚胺盐，1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种。
4.一种用于高电压超级电容器的电解液的制备方法，其特征在于，步骤如下：
在含氧量为0.1-1PPM、含水量为0.1-1PPM的环境中，将碳纳米管、纳米石墨或纳米碳颗粒中的一种或多种在20-60℃、功率为30-3000W的条件下超声2-50小时或在20-60℃条件下以300-40000转/分的转速搅拌2-50小时，使之分散在传统电解液中，其中传统电解液为有机电解液或离子液体；然后静置于常温下、在与水和氧隔绝的环境下密封保存。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210552191.3A CN103021676B (zh) | 2012-12-18 | 2012-12-18 | 一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210552191.3A CN103021676B (zh) | 2012-12-18 | 2012-12-18 | 一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103021676A CN103021676A (zh) | 2013-04-03 |
| CN103021676B true CN103021676B (zh) | 2016-02-10 |
Family
ID=47970169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210552191.3A Active CN103021676B (zh) | 2012-12-18 | 2012-12-18 | 一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103021676B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9870874B2 (en) | 2014-06-26 | 2018-01-16 | Shenzhen Capchem Technology Co., Ltd. | Electrolyte solute, electrolyte, and high-voltage supercapacitor |
| CN104701029A (zh) * | 2015-01-06 | 2015-06-10 | 宁波南车新能源科技有限公司 | 一种含无机纳米颗粒的超级电容器有机电解液 |
| CN106158365A (zh) * | 2015-04-14 | 2016-11-23 | 欣兴电子股份有限公司 | 电容器及其制作方法 |
| CN105869913B (zh) * | 2016-04-06 | 2018-07-20 | 江苏中天科技股份有限公司 | 一种超级电容器及其制备方法 |
| CN107221455B (zh) * | 2017-06-24 | 2019-02-12 | 渤海大学 | 一种掺杂碳基离子液体复合物的高性能电解液的制备方法 |
| CN110310842B (zh) * | 2018-03-20 | 2022-03-18 | 中天超容科技有限公司 | 高电压电容的电解液及其制备方法和电容器件 |
| CN109243827B (zh) * | 2018-11-07 | 2020-10-20 | 广州金立电子有限公司 | 一种电容器及其制造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102677546A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-09-19 | 清华大学 | 一种离子液体包裹的薄壁碳纳米管的纸及其制备方法 |
| CN103377836A (zh) * | 2012-04-20 | 2013-10-30 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种双电层电容器电解液 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8576541B2 (en) * | 2010-10-04 | 2013-11-05 | Corning Incorporated | Electrolyte system |
-
2012
- 2012-12-18 CN CN201210552191.3A patent/CN103021676B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103377836A (zh) * | 2012-04-20 | 2013-10-30 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种双电层电容器电解液 |
| CN102677546A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-09-19 | 清华大学 | 一种离子液体包裹的薄壁碳纳米管的纸及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103021676A (zh) | 2013-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103021676B (zh) | 一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法 | |
| Raghavendra et al. | An intuitive review of supercapacitors with recent progress and novel device applications | |
| Sundriyal et al. | Metal-organic frameworks and their composites as efficient electrodes for supercapacitor applications | |
| Fan et al. | Improved redox-active ionic liquid-based ionogel electrolyte by introducing carbon nanotubes for application in all-solid-state supercapacitors | |
| He et al. | A comprehensive review of supercapacitors: Properties, electrodes, electrolytes and thermal management systems based on phase change materials | |
| Oyedotun et al. | Advances in supercapacitor development: materials, processes, and applications | |
| Wei et al. | Significantly enhanced energy density of magnetite/polypyrrole nanocomposite capacitors at high rates by low magnetic fields | |
| Zhou et al. | Functionalized single wall carbon nanotubes treated with pyrrole for electrochemical supercapacitor membranes | |
| Wang et al. | Capacitance properties of single wall carbon nanotube/polypyrrole composite films | |
| Liu et al. | Reduced graphene oxide/polypyrrole composite: an advanced electrode for high-performance symmetric/asymmetric supercapacitor | |
| CN105161313B (zh) | 一种钴酸镍/碳纳米管复合材料的制备方法 | |
| Reddy et al. | A review on effect of conducting polymers on carbon-based electrode materials for electrochemical supercapacitors | |
| Cheng et al. | Highly efficient quasi-solid-state asymmetric supercapacitors based on MoS 2/MWCNT and PANI/MWCNT composite electrodes | |
| Dhanda et al. | Electrolyte as a panacea to contemporary scientific world of super-capacitive energy: A condense report | |
| Jiang et al. | Toward high-rate supercapacitor: Preparation of hierarchical porous carbon binder-free electrode with controllable texture | |
| Kowsari | High-performance supercapacitors based on ionic liquids and a graphene nanostructure | |
| Yi et al. | Facile synthesis of sheet stacking structure NiCo2S4@ PPy with enhanced rate capability and cycling performance for aqueous supercapacitors | |
| Pilathottathil et al. | Boosting ion dynamics by developing graphitic carbon Nitride/Carbon hybrid electrode materials for ionogel supercapacitor | |
| dos Santos Klem et al. | High‐performance symmetric supercapacitor based on molybdenum disulfide/poly (3, 4‐ethylenedioxythiophene)‐poly (styrenesulfonate) composite electrodes deposited by spray‐coating | |
| Guo et al. | An excellent cycle performance of asymmetric supercapacitor based on ZIF-derived C/N-doped porous carbon nanostructures | |
| Liew et al. | Fundamentals, mechanism, and materials for hybrid supercapacitors | |
| Rao et al. | Study of [EMIM][EtSO4] ionic liquid-based gel polymer electrolyte mediated with hydroquinone redox additive for flexible supercapacitors | |
| Bondavalli et al. | Non-faradic carbon nanotube-based supercapacitors: state of the art: Analysis of all the main scientific contributions from 1997 to our days | |
| Hema et al. | Polymer blend nanocomposites with CNTs for energy storage applications | |
| Yang et al. | Graphene hydrogel modification with 4-methylumbelliferone molecules as electrode material for supercapacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |