CN105405683B - 一种活性炭超级电容器用耐高压水系电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种活性炭超级电容器用高压水系电解液及其制备方法，能提高超级电容器的工作电压及能量密度。其技术方案如下：（1）溶剂、溶质的选择：其中溶剂采用去离子水或蒸馏水，溶质KHSO4和LiCl均采用分析纯，水与溶质KHSO4的质量配比为1000∶28~210，水与溶质LiCl的质量配比分别为1000∶0~20；（2）电解液配置：将准确称量的KHSO4倒入20~50℃去离子水或蒸馏水中，搅拌使其完全溶解后,再加入称量的LiCl进行溶解，得到活性炭超级电容器用耐高压水系电解液。该方法所制备的电解液具有良好的使用性能，具备良好的溶液稳定性能、耐高压性能、对集流体低的腐蚀性能和良好的低温导电性能，因此具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电解液制备技术领域，具体涉及一种超级电容器用高压水系电解液及其制备方法。
背景技术
超级电容器也称电化学电容器，是一种新型的储能元件, 可快速充放电、 使用寿命长，在新能源汽车、信息技术、航空航天和国防等领域都有广阔的应用前景。超级电容器根据电解液的不同可分为有机体系和水溶液体系超级电容器，前者工作电压2～4 V, 但电解液价格较昂贵，且电容器的装配需要在无水无氧环境中进行；而水系电解液成本较低,电容器生产工艺简单, 但工作电压一般低于1.0 V。目前活性炭基超级电容器的水系电解液通常采用酸性（H2SO4）和碱性（KOH）水溶液（工作电压都低于1.0V）, 而中性电解液如碱金属硫酸盐的水溶液则用于非对称超级电容器。
进一步提高超级电容器能量密度是产品的发展趋势。根据公式E=1/2CU2可知, 超级电容器的能量密度E与电容C以及电压U的平方成正比, 因此，提高超级电容器电解液的工作电压，不但可以提高单体电容器的使用电压，还可有效的提升其能量密度。
因此开发一种新型高效的酸性或碱性活性炭超级电容器用耐高压水系电解液，对于提高单体电容器的电压及其能量密度，具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活性炭超级电容器用高压水系电解液及其制备方法，提高超级电容器的工作电压及其能量密度。
本发明通过以下技术方案实现。
一种活性炭超级电容器用高压水系电解液，采用的溶剂为去离子水或蒸馏水，其特征在于：水与溶质KHSO4的质量配比为1000∶28~210，水与溶质LiCl的质量配比分别为1000∶0~20；溶质KHSO4及LiCl是分析纯。
一种活性炭超级电容器用高压水系电解液的制备方法，具体如下：
（1）溶剂、溶质的选择：其中溶剂采用去离子水或蒸馏水，溶质KHSO4和LiCl均采用分析纯，水与溶质KHSO4的质量配比为1000∶28~210，水与溶质LiCl的质量配比分别为1000∶0~20 ；（2）电解液配置：称量KHSO4倒入20~50℃去离子水或蒸馏水中，搅拌使其完全溶解后；再加入称量的LiCl进行溶解，得到活性炭超级电容器用耐高压水系电解液。
对上述方案的进一步限定：所述的去离子水的电阻率大于18MΩ.cm，或者所述的蒸馏水电导率小于5µS/cm。
本发明的有益效果：
1）本方法利用活性炭电极在硫酸盐电解液中的析氧/析氢过电位与在目前使用的H2SO4和KOH水溶液的差异，从而提高水系活性炭超级电容器的工作电压，不会带来额外能耗以及材料和环境污染等问题，具有短流程、低成本和无污染等生产特点；
2）可以通过控制KHSO4和LiCl原料成分、含量来控制电解液的电导率及耐压窗口，控制程度较好。在过压充电的情况下，电解液分解产生气体的危险远低于目前使用的H2SO4和KOH水溶液，大幅降低电容器超压充电发生爆炸的可能。
所制备的电解液具有良好的使用性能，具备良好的溶液稳定性能、耐高压性能、对集流体低的腐蚀性能和良好的低温导电性能，因此具有广阔的应用前景。
具体实施方式
实施例1
采用电阻率大于18MΩ.cm的去离子水或电导率小于5µS/cm的蒸馏水，室温下（20~30℃）加入一定量分析纯KHSO4，成分配比为每升水加入82g KHSO4，搅拌， 待各原料充分溶解后，得到活性炭超级电容器用耐高压水系电解液。
实施例2
将室温下电阻率大于18MΩ.cm的去离子水或电导率小于5µS/cm的蒸馏水加热至40℃，加入一定量分析纯KHSO4，成分配比为每升水加入139g KHSO4，搅拌, 待各原料充分溶解后保温10 分钟，然后停止加热，在空气中待其自然冷却，得到活性炭超级电容器用耐高压水系电解液。
实施例3
将室温下电阻率大于18MΩ.cm的去离子水或电导率小于5µS/cm的蒸馏水加热至50℃，加入一定量分析纯KHSO4，成分配比为每升水加入210g KHSO4，搅拌， 待各原料充分溶解后保温10 分钟，然后停止加热，在空气中待其自然冷却，得到活性炭超级电容器用耐高压水系电解液。
实施例4
将室温下电阻率大于18MΩ.cm的去离子水或电导率小于5µS/cm的蒸馏水加热至50℃，加入一定量分析纯KHSO4，成分配比为每升水加入106g KHSO4，搅拌, 待KHSO4充分溶解，然后加入5 g经85℃烘干60min的LiCl，搅拌，待充分溶解后保温10 分钟停止加热，在空气中自然冷却，得到活性炭超级电容器用耐高压水系电解液。
实施例5
将室温下电阻率大于18MΩ.cm的去离子水或电导率小于5µS/cm的蒸馏水加热至50℃，加入一定量分析纯KHSO4，成分配比为每升水加入106g KHSO4，搅拌，待KHSO4充分溶解，然后加入10 g经85℃烘干90min的LiCl，搅拌，待充分溶解后保温10 分钟停止加热，在空气中自然冷却，得到活性炭超级电容器用耐高压水系电解液 。
对以上实施例制备得到的耐高压水系电解液装配成对称型活性炭超级电容器进行性能测试，结果如下表1：
| 项目 | 工作电压 | 能量密度 | 等效内阻 | 500次循环容量保持率 |
| 实施例1 | 1.2V | 4.2Wh/kg | 1.4 ohm | >85% |
| 实施例2 | 1.5V | 5.8 Wh/kg | 0.77 ohm | >90% |
| 实施例3 | 1.4V | 5.6 Wh/kg | 0.74 ohm | >90% |
| 实施例4 | 1.5V | 6.0 Wh/kg | 0.68 ohm | >90% |
| 实施例5 | 1.5V | 6.2 Wh/kg | 0.54 ohm | >90% |
从以上实验结果可以看出，本发明提供的超级电容器用耐高压水系电解液工作电压高于目前使用的H2SO4和KOH水溶液的电压1.0V，超级电容器器件的能量密度可提高150%以上，500次循环容量保持率高于90%，具有良好的应用前景。
Claims (4)
1.一种活性炭超级电容器用高压水系电解液，采用的溶剂为去离子水或蒸馏水，其特征在于：水与溶质KHSO4的质量配比为1000∶28~210，水与溶质LiCl的质量配比分别为1000∶0~20；溶质KHSO4及LiCl是分析纯。
2.根据权利要求1所述一种活性炭超级电容器用高压水系电解液，其特征在于：所述的去离子水的电阻率大于18MΩ.cm，或者所述的蒸馏水电导率小于5µS/cm。
3.一种活性炭超级电容器用高压水系电解液的制备方法，具体如下：
（1）溶剂、溶质的选择：其中溶剂采用去离子水或蒸馏水，溶质KHSO4和LiCl均采用分析纯，水与溶质KHSO4的质量配比为1000∶28~210，水与溶质LiCl的质量配比分别为1000∶0~20；
（2）电解液配置：称量KHSO4倒入20~50℃去离子水或蒸馏水中，搅拌使其完全溶解后；再加入称量的LiCl进行溶解，得到活性炭超级电容器用耐高压水系电解液。
4.根据权利要求3所述一种活性炭超级电容器用高压水系电解液的制备方法，其特征在于：对上述方案的进一步限定：所述的去离子水的电阻率大于18MΩ.cm，或者所述的蒸馏水电导率小于5µS/cm。
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