CN104505263B - 超低温氯盐水系超级电容电解液 - Google Patents
超低温氯盐水系超级电容电解液 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104505263B CN104505263B CN201410819759.2A CN201410819759A CN104505263B CN 104505263 B CN104505263 B CN 104505263B CN 201410819759 A CN201410819759 A CN 201410819759A CN 104505263 B CN104505263 B CN 104505263B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrolyte
- villaumite
- super
- capacitance cell
- temperature
- 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
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title abstract description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims abstract description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims abstract description 3
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical group [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract description 5
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 7
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- PGXWDLGWMQIXDT-UHFFFAOYSA-N methylsulfinylmethane;hydrate Chemical compound O.CS(C)=O PGXWDLGWMQIXDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
- H01G11/60—Liquid electrolytes characterised by the solvent
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及低温电解液，具体是一种在超低温条件下能使超级电容电池具有优良电化学性能的超低温氯盐水系超级电容电解液。按下述方法制备：将蒸馏水与一种含有氨基的有机溶剂按体积比为1:2~2:1混合，将氯盐溶解在该混合溶剂中，形成浓度为0.5~2 mol·L‑1的溶液，即为以碳材料作为电极材料的超级电容电池的电解质溶液。本发明特别之处是：‑60℃时，用其制作的超级电容电池的比电容为使用同浓度氯盐的纯水电解液超级电容电池的两倍多，其比电容约为其室温比电容的三分之二。将该电解液用于超级电容电池，价格低廉、操作简便、毒性小、低温性能好，具有较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及低温电解液，具体是一种在超低温条件下能使超级电容电池具有优良电化学性能的超低温氯盐水系超级电容电解液。
背景技术
超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容、双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)，是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器用途广泛：用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动（尤其是在寒冷的冬季）。
低温条件下，超级电容电池的电化学性能将降低，这就限制了它在航空、航天和军事等特殊领域的应用。由电解液入手来改善超级电容电池的温度性能已经被证明是可行的技术途径，这是因为作为在电池内起传导作用的离子导体，电解液的性能及其与正负极形成的界面状况很大程度上影响电池温度性能，本课题即是针对低温电解液来研究的。
在超级电容电池的各组成部分中，电解液是关键组分，对电容器的工作电压、内阻、功率特性和温度特性等具有十分重要的影响。
通常使用的液体电解液为水系电解液和非水系电解液。
非水系电解液一般采用有机溶剂或离子液体。相对于水系电解液而言，非水系电解液工作温度范围宽，目前商业化生产的非水系超级电容器最低操作温度已达到-40℃。但非水系电解液存在一些致命的缺点：电导率较低、成本高、要求密封以隔绝空气中的水分，且很多毒性高、污染环境，从而限制了其使用。
水系电解液价格低廉，电导率比有机电解液高二个数量级，无需像非水系电解液那样必须在非常干燥的条件下工作，因此得到广泛应用，但其不足之处主要是：水的凝固点至沸点的温度范围使电容器的低温性能较差。因此，若能对水系电解液开展研究，从而提高超级电容电池的低温性能，将具有极其重要的理论意义和应用价值。但到目前为止，国内外相关研究显有报道。
本发明提供的氯盐水系电解液，价格低廉、操作简便、毒性小，将提高超级电容电池的低温性能，具有极其重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于超级电容电池的价格低廉、操作简便、毒性小且低温电化学性能好的氯盐水系电解液。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种超低温氯盐水系超级电容电解液，按下述方法制备：将蒸馏水与一种含有氨基的有机溶剂按体积比为1:2~2:1混合，将氯盐溶解在该混合溶剂中，形成浓度为0.5~2mol·L-1的溶液，即为以碳材料作为电极材料的超级电容电池的电解质溶液。
采用上述技术方案的本发明，其特别之处是：
-60℃时，用其制作的超级电容电池的比电容为使用同浓度氯盐的纯水电解液超级电容电池的两倍多，其比电容约为其室温比电容的三分之二。将该电解液用于超级电容电池，价格低廉、操作简便、毒性小、低温性能好，具有较高的应用价值。
本发明更进一步的技术方案是：
所述含有氨基的有机溶剂为甲酰胺。
所述氯盐为CaCl2、KCl、LiCl、NaCl其中之一。
附图说明
图1是不同温度下测定的2mol/LCaCl2的-FA-H2O（1:1）溶液为电解质的超级电容，在－70℃至20℃范围内，每隔10℃为一个梯度进行循环伏安测试的曲线图。
图2是－60℃时，分别以2mol/LCaCl2的H2O、DMSO-H2O（1:1）、FA-H2O（1:1）溶液为电解质的超级电容，进行循环伏安测试的曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例详述本发明，目的仅在于更好的理解本发明内容，所举之例并非限制本发明内容。
制备碳纳米管电极：
（1）配好合适浓度的分散剂溶液，将电极材料碳纳米管粉体和分散剂溶液按适当比例混合，在超声波中超声30分钟，制备成分散性良好的碳纳米管溶液；
（2）碳纳米管溶液中加入适量的聚四氟乙烯黏结剂，超声10分钟，得到混合液；
（3）石墨棒(d = 6 mm)每次使用前需打磨以将其上残存的杂质磨掉，用蒸馏水冲洗干净，在烘箱中常温30分钟，然后再在相同面积的石墨棒上滴加适量的的碳纳米管溶液，待其自然风干12小时，则制备成碳纳米管电极。
制备超低温氯盐水系超级电容电解液：
蒸馏水与甲酰胺按1:1体积比混合，将CaCl2加入FA-H2O（1:1）中，得到浓度为2mol/L的CaCl2溶液，将该溶液作为电解液。
循环伏安测试和恒电流充放电测试：
以碳纳米管工作电极和石墨电极对电极以及Ag/ AgCl参比电极组成三电极体系，将三电极体系固定在烧杯上的胶塞上（工作电极和对电极距离要近组合成超级电容），同时插入温度计；将组装好的电容器固定在低温恒温槽中，加入配置好的电解质溶液，待温度计显示的示数稳定一段时间后，将电容器与电化学工作站连接在一起，进行循环伏安测试和恒电流充放电测试。
在－70℃至20℃范围内，每隔10℃为一个梯度进行循环伏安测试，结果如图1所示。
同样方法测定同浓度CaCl2不同溶剂的电解液性能，如图2所示。
结果表明，当碳纳米管超级电容的电解液为CaCl2-FA-H2O（其中FA与H2O为1:1，CaCl2浓度为2mol/L）时，在低温条件下具有相对较高的比容量，为同浓度CaCl2水溶液作为电解液时的两倍多。
本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (1)
1.一种电解质溶液在超级电容电池中的应用，其特征在于，所述应用在-70℃至-60℃条件下进行；所述电解质溶液按下述方法制备：将蒸馏水与一种含有氨基的有机溶剂按体积比为 1:2-2:1 混合，将氯盐溶解在该混合溶剂中，形成浓度为 0.5-2 mol·L-1 的溶液，即为以碳材料作为电极材料的超级电容电池的电解质溶液；
所述含有氨基的有机溶剂为甲酰胺；
所述氯盐为CaCl2、KCl、LiCl其中之一。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410819759.2A CN104505263B (zh) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | 超低温氯盐水系超级电容电解液 |
| PCT/CN2015/000892 WO2016101331A1 (zh) | 2014-12-25 | 2015-12-14 | 超低温氯盐水系超级电容电解液 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410819759.2A CN104505263B (zh) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | 超低温氯盐水系超级电容电解液 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104505263A CN104505263A (zh) | 2015-04-08 |
| CN104505263B true CN104505263B (zh) | 2017-06-09 |
Family
ID=52947003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410819759.2A Active CN104505263B (zh) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | 超低温氯盐水系超级电容电解液 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104505263B (zh) |
| WO (1) | WO2016101331A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104505263B (zh) * | 2014-12-25 | 2017-06-09 | 华北理工大学 | 超低温氯盐水系超级电容电解液 |
| CN110911178B (zh) * | 2019-12-16 | 2022-05-20 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种电解液及其在电化学储能器件中的应用 |
| CN111600080A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-08-28 | 南开大学 | 一种提高水系电池低温性能的电解液添加剂及电解液 |
| CN113936927A (zh) * | 2020-07-13 | 2022-01-14 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种高电压水系电解液及其应用 |
| CN114695974A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-01 | 南开大学 | 低温水系离子电池电解液及其在水系离子电池中的应用 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004111639A (ja) * | 2002-09-18 | 2004-04-08 | Asahi Kasei Corp | コンデンサー |
| CN100492561C (zh) * | 2003-12-05 | 2009-05-27 | 广东风华高新科技股份有限公司 | 电解电容器用电解液及采用该电解液的电容器 |
| CN101071885A (zh) * | 2007-04-18 | 2007-11-14 | 上海奇光生物科技有限公司 | 使用有机－无机复合添加剂的化学电池 |
| CN101494123A (zh) * | 2009-03-06 | 2009-07-29 | 广州天赐高新材料股份有限公司 | 一种混合电化学电容器 |
| CN103515115A (zh) * | 2012-06-28 | 2014-01-15 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种双电层电容器用电解液 |
| CN103268960A (zh) * | 2013-06-08 | 2013-08-28 | 苏州诺信创新能源有限公司 | 锂离子电池的制备方法 |
| CN103682322B (zh) * | 2013-12-26 | 2016-09-21 | 昆明理工大学 | 一种富锂Fe-Mn基锂离子电池正极材料及其制备方法 |
| CN104505263B (zh) * | 2014-12-25 | 2017-06-09 | 华北理工大学 | 超低温氯盐水系超级电容电解液 |
-
2014
- 2014-12-25 CN CN201410819759.2A patent/CN104505263B/zh active Active
-
2015
- 2015-12-14 WO PCT/CN2015/000892 patent/WO2016101331A1/zh active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016101331A1 (zh) | 2016-06-30 |
| CN104505263A (zh) | 2015-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104505263B (zh) | 超低温氯盐水系超级电容电解液 | |
| Sun et al. | High energy density of quasi-solid-state supercapacitor based on redox-mediated gel polymer electrolyte | |
| CN103346301B (zh) | 三维结构的石墨烯基金属氧化物复合材料的制备方法及其应用 | |
| CN104393290A (zh) | 一种采用MoS2为正极材料的铝离子电池及其制备方法 | |
| Xun et al. | A biomass-based redox gel polymer electrolyte for improving energy density of flexible supercapacitor | |
| CN103545116A (zh) | 一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料及其制备方法、超级电容电极 | |
| CN107555434A (zh) | 一种基于琼脂的掺氮多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN105023768A (zh) | 泡沫镍基氧化镍电极材料及其制备方法 | |
| CN104681300B (zh) | 聚苯胺—磺化石墨烯复合电极材料及其制备方法 | |
| CN109659521A (zh) | 一种高性能钠离子电池五氧化二钒/石墨烯复合正极材料的制备方法 | |
| CN103130209A (zh) | 多孔碳电极材料的制备方法 | |
| CN106057493A (zh) | 一种超级电容器隔膜的制备方法 | |
| CN110033955A (zh) | 一种基于石墨烯构建镍钴矿二元复合材料的制备方法 | |
| Wang et al. | Choline chloride-based deep eutectic solvents as electrolytes for wide temperature range supercapacitors | |
| TW201621947A (zh) | 用於高溫ｅｄｌｃ的電解質 | |
| CN103915611A (zh) | 一种水系铝离子电池阳极材料及其制备方法 | |
| CN105632788B (zh) | 具有活性材料BaCoF4工作电极的超级电容及其制备方法 | |
| CN108899216B (zh) | 一种高密度氮杂石墨烯膜及其制备方法 | |
| CN103779107A (zh) | 石墨烯/离子液体复合材料及其制备方法与电化学电容器 | |
| CN106847542B (zh) | 具有优异倍率性能复合电极材料的制备方法 | |
| CN107845506B (zh) | 一种增强型石墨烯基超级电容器及其制备方法 | |
| CN102496469A (zh) | 高功率双电层电容器 | |
| Elyes et al. | Biomass derived quasi solid state supercapacitors for smart textile integration | |
| CN102956366A (zh) | 电解液及其配制方法 | |
| CN106504904B (zh) | 一种基于四氧化三钴的水系非对称超级电容器的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Xinhua Xidao 063009 Hebei province Tangshan City Lunan District No. 46 Applicant after: North China Polytechnics Address before: Xinhua Xidao 063009 Hebei province Tangshan City Lunan District No. 46 Applicant before: Hebei United University |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20151209 Address after: Xinhua Xidao 063009 Hebei province Tangshan City Lunan District No. 46 Applicant after: North China Polytechnics Applicant after: University of Nottingham Ningbo China Address before: Xinhua Xidao 063009 Hebei province Tangshan City Lunan District No. 46 Applicant before: North China Polytechnics |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |