CN106548878B - 一种使用离子液体电解液的超级电容器 - Google Patents

一种使用离子液体电解液的超级电容器 Download PDF

Info

Publication number
CN106548878B
CN106548878B CN201510609536.8A CN201510609536A CN106548878B CN 106548878 B CN106548878 B CN 106548878B CN 201510609536 A CN201510609536 A CN 201510609536A CN 106548878 B CN106548878 B CN 106548878B
Authority
CN
China
Prior art keywords
array
polyaniline
carbon nano
graphene
nano pipe
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
Application number
CN201510609536.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106548878A (zh
Inventor
熊廷玉
张金春
邹雪峰
赵楠
陆卫荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Lvsuo Electronic Technology Co Ltd
Original Assignee
Nanjing Lvsuo Electronic Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Lvsuo Electronic Technology Co Ltd filed Critical Nanjing Lvsuo Electronic Technology Co Ltd
Priority to CN201510609536.8A priority Critical patent/CN106548878B/zh
Publication of CN106548878A publication Critical patent/CN106548878A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106548878B publication Critical patent/CN106548878B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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

本发明提供了一种使用离子液体电解液的超级电容器，属于新能源产品领域。本发明的超级电容器包括正极、负极和处于正极和负极之间的隔膜和离子液体电解液；离子液体电解液为氯化咪唑盐‑氯化铝体系，氯化咪唑盐与氯化铝的摩尔比为1:1.3～1.5。该超级电容器使用含铝离子液体电解液，具有工作电压高、工作温度范围宽、循环性能好、使用安全、成本经济、对环境友好等优点。

Description

一种使用离子液体电解液的超级电容器
技术领域
本发明涉及一种超级电容器，具体涉及一种使用含铝离子液体作为电解液的超级电容器，属于新能源产品领域。
背景技术
随着环境污染的加剧和能源危机的日趋严重，人们对新型移动电源的发展需求变得越来越迫切，超级电容器高功率、快速可充且循环寿命长的特点符合人类对新型能源的需求。超级电容器是一种既具有传统电容器般高功率密度，又具有化学电源类似的能量密度的新型储能器件。超级电容器存储的电荷是传统电解电容的成百或上千倍，能在数秒内完全充放电，具有比电池更高的功率输入或输出，且能在更短的时间内达到。同时，超级电容器具有充放电时间短、储存寿命长、稳定性高、工作温度范围宽(-40℃～70℃)等优点，因而广泛应用于消费类电子产品领域、新能源发电系统领域、分布式储能系统领域、智能分布式电网系统领域、新能源汽车等交通领域、节能电梯吊车等负载领域、电磁炸弹等军用设备领域和运动控制领域等，涉及新能源发电、智能电网、新能源汽车、节能建筑、工业节能减排等各个行业，属于标准的全系列低碳经济核心产品。
传统的水系超级电容器，由于其电压低的缺陷，使用条件受到了极大的限制。相比于水系超级电容器，应用有机电解液的超级电容器具有更高的工作电压，受到了更广泛的关注。但这类超级电容器中有机电解液的应用，也带来了相关的安全性问题，即在非正常状态下(如冲撞、挤压、异常放电等极端环境)，可能会发生燃烧等不安全行为。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点，本发明提供了一种使用离子液体电解液的超级电容器，该超级电容器所用电解液含铝离子液体，可操作温度宽(-40～300℃)，具有良好的热稳定性和化学稳定性。这种含铝离子液体电解液对水氧敏感，遇水氧立即钝化，不会燃烧，可保证超级电容器的安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种使用离子液体电解液的超级电容器，包括正极、负极和处于正极和负极之间的隔膜和离子液体电解液；所述离子液体电解液为氯化咪唑盐—氯化铝体系，氯化咪唑盐与氯化铝的摩尔比为1:1.3～1.5。
所述正极、负极的结构相同，都包括导电基底和附着在所述导电基底上的活性物质。
所述活性物质由活性材料组成，无需导电剂和粘结剂。
所述活性材料为表层氧化的碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料、碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料、聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料或聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料中的一种。
进一步地，所述表层氧化的碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料包括导电基底、碳纳米管阵列、石墨烯和二氧化锰，碳纳米管阵列与导电基底垂直相接形成三维导电网络骨架，石墨烯以纳米尺度包覆碳纳米管阵列形成碳纳米管阵列-石墨烯复合结构，二氧化锰以纳米尺度分散在所述碳纳米管阵列-石墨烯复合结构中，形成碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料，碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料的表层为氧化石墨烯；
所述碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料包括导电基底、碳纳米管阵列、聚苯胺和二氧化铈，碳纳米管阵列与导电基底垂直相接形成三维导电网络骨架，聚苯胺以纳米尺度包覆碳纳米管阵列形成碳纳米管阵列-聚苯胺复合结构，二氧化铈以纳米尺度分散在所述碳纳米管阵列-聚苯胺复合结构中，最终形成碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料；
所述聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料包括聚苯胺纳米管阵列和石墨烯，石墨烯掺杂在聚苯胺纳米管阵列中形成片层-纤维共存结构；聚苯胺纳米管的直径为150nm～300nm，聚苯胺纳米管的管间距为300nm～400nm；
所述聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料包括聚苯胺纳米管阵列、氧化铜和二氧化锰，氧化铜和二氧化锰以纳米尺度分散在聚苯胺纳米管阵列的空隙中；二氧化锰包覆在氧化铜表面，形成聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料。
所述隔膜为超细玻璃纤维隔膜或聚合物膜，其孔径为1μm～6μm。
本发明提供的超级电容器具有以下有益效果：
(1)相比于有机电解液，本发明所用含铝离子液体的电解液，可操作温度宽(-40～300℃)，具有良好的热稳定性和化学稳定性，遇水氧钝化，不会发生燃烧，安全性能高。
(2)该超级电容器，使用含铝离子液体作为电解液，相比与水系超级电容器，具有更高的工作电压。
(3)该超级电容器，循环性能好，制造工艺简单，无需导电剂和粘结剂，成本经济，对环境友好。
具体实施方式
本发明的超级电容器包括正极、负极以及处于正负极间的隔膜和离子液体电解液；隔膜为超细玻璃纤维隔膜或聚合物膜，其孔径为1μm～6μm。离子液体电解液为氯化咪唑盐-氯化铝体系，氯化咪唑盐与氯化铝的摩尔比为1:1.3～1.5。正极、负极结构相同，均由导电基底和附着在导电基底上的活性物质构成。其中，导电基底包括但不锈钢、铜、镍、钛、铝等材料。
正极、负极结构中的活性物质仅包括活性材料，无需导电剂和粘结剂。其中，活性材料为表层氧化的碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料、碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料、聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料或聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料中的一种。
表层氧化的碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料包括导电基底、碳纳米管阵列、石墨烯和二氧化锰，碳纳米管阵列与导电基底垂直相接形成三维导电网络骨架，石墨烯以纳米尺度包覆碳纳米管阵列形成碳纳米管阵列-石墨烯复合结构，二氧化锰以纳米尺度分散在所述碳纳米管阵列-石墨烯复合结构中，形成碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料，碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料的表层为氧化石墨烯；
碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料包括导电基底、碳纳米管阵列、聚苯胺和二氧化铈，碳纳米管阵列与导电基底垂直相接形成三维导电网络骨架，聚苯胺以纳米尺度包覆碳纳米管阵列形成碳纳米管阵列-聚苯胺复合结构，二氧化铈以纳米尺度分散在所述碳纳米管阵列-聚苯胺复合结构中，最终形成碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料；
聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料包括聚苯胺纳米管阵列和石墨烯，石墨烯掺杂在聚苯胺纳米管阵列中形成片层-纤维共存结构；聚苯胺纳米管的直径为150nm～300nm，聚苯胺纳米管的管间距为300nm～400nm；
聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料包括聚苯胺纳米管阵列、氧化铜和二氧化锰，氧化铜和二氧化锰以纳米尺度分散在聚苯胺纳米管阵列的空隙中；二氧化锰包覆在氧化铜表面，形成聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)制备离子液体电解液：按物质的量n(EmimCl):n(AlCl3)＝1:1.3的比例，将EmimCl缓慢加入AlCl3中，全程磁力搅拌，制备出EmimCl-1.3AlCl3离子液体。
(2)制备电极片：将活性物质表层氧化的碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料和去离子水按质量比1:1.2混合，制成活性物质混合物浆料，单面涂覆于0.1mm导电基底上，烘干碾压至0.3mm，裁切成2cm×2cm大小制成电极片，备用。
实施例2
(1)制备离子液体电解液：按物质的量n(EmimCl):n(AlCl3)＝1:1.4的比例，将EmimCl缓慢加入AlCl3中，全程磁力搅拌，制备EmimCl-1.4AlCl3离子液体。
(2)制备电极片：将活性物质碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料和去离子水按质量比1:1.2混合，制成活性物质混合物浆料，单面涂覆于0.1mm导电基底上，烘干碾压至0.3mm，裁切成2cm×2cm大小制成电极片，备用。
实施例3
(1)制备离子液体电解液：按物质的量n(EmimCl):n(AlCl3)＝1:1.5的比例，将EmimCl缓慢加入AlCl3中，全程磁力搅拌，制备出EmimCl-1.5AlCl3离子液体。
(2)制备电极片：将活性物质聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料和去离子水按质量比1:1.2混合，制成活性物质混合物浆料，单面涂覆于0.1mm导电基底上，烘干碾压至0.3mm，裁切成2cm×2cm大小制成电极片，备用。
实施例4
常规多孔活性炭电极制备，以碳纳米管：导电石墨：多孔活性炭：聚偏氟乙烯：羧甲基纤维素钠：去离子水质量比＝5:4:85:4:2:125混浆料，将浆料涂布在导电基底上，烘干辊压后制得常规多孔活性炭电极。
实施例5
常规多孔活性炭电极制备，和实施例4相同。
超级电容器的制作与测试：分别以1片实施例1、2、3、4、5所制电极片为负极，考虑合适的正负极容量配比，以2片实施例1、2、3、4、5所制电极片为正极，用超细玻璃纤维隔膜(孔径约为4.5μm)阻隔，以实施例1、2、3所制离子液体为对应电解液，其中实施例4以1.2Mol/L KOH水溶液为电解液，实施例5以1mol/L三乙基甲基四氟硼酸铵+丙烯碳酸酯(MeEt3NBF4+PC)有机溶液为电解液，以不锈钢外壳封装制成超级电容器。
比容量的测试条件按负极符合材料质量计算，以电流密度20mA/g充电到3.2V(其中实施例4只能充电到1.2V、实施例5只能充电到2.7V)，3.2V(其中实施例4只能为1.2V恒压、实施例5只能为2.7V恒压)恒压充电10min、静置10s后以电流密度20mA/g放电到1.6V；高温循环性能测试，将样品放置于高温试验箱内，温度调整到90℃，按上述测试条件进行2000次不断充放电循环，计算容量衰减率。测试结果如下表所示。
表1实施例超级电容器测试结果

Claims (2)

1.一种使用离子液体电解液的超级电容器，其特征在于，所述超级电容器包括正极、负极和处于正极和负极之间的隔膜和离子液体电解液；所述离子液体电解液为氯化咪唑盐-氯化铝体系，氯化咪唑盐与氯化铝的摩尔比为1:1.3～1.5；所述正极、负极的结构相同，都包括导电基底和附着在所述导电基底上的活性物质；活性物质由活性材料组成，无需导电剂和粘结剂；活性材料为表层氧化的碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料、碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料、聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料或聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料中的一种；所述表层氧化的碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料包括导电基底、碳纳米管阵列、石墨烯和二氧化锰，碳纳米管阵列与导电基底垂直相接形成三维导电网络骨架，石墨烯以纳米尺度包覆碳纳米管阵列形成碳纳米管阵列-石墨烯复合结构，二氧化锰以纳米尺度分散在所述碳纳米管阵列-石墨烯复合结构中，形成碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料，碳纳米管阵列/石墨烯/二氧化锰复合材料的表层为氧化石墨烯；
所述碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料包括导电基底、碳纳米管阵列、聚苯胺和二氧化铈，碳纳米管阵列与导电基底垂直相接形成三维导电网络骨架，聚苯胺以纳米尺度包覆碳纳米管阵列形成碳纳米管阵列-聚苯胺复合结构，二氧化铈以纳米尺度分散在所述碳纳米管阵列-聚苯胺复合结构中，最终形成碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料；
所述聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料包括聚苯胺纳米管阵列和石墨烯，石墨烯掺杂在聚苯胺纳米管阵列中形成片层-纤维共存结构；聚苯胺纳米管的直径为150nm～300nm，聚苯胺纳米管的管间距为300nm～400nm；
所述聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料包括聚苯胺纳米管阵列、氧化铜和二氧化锰，氧化铜和二氧化锰以纳米尺度分散在聚苯胺纳米管阵列的空隙中；二氧化锰包覆在氧化铜表面，形成聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料。
2.如权利要求1所述的一种使用离子液体电解液的超级电容器，其特征在于，所述隔膜为超细玻璃纤维隔膜或聚合物膜，其孔径为1μm～6μm。
CN201510609536.8A 2015-09-22 2015-09-22 一种使用离子液体电解液的超级电容器 Active CN106548878B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510609536.8A CN106548878B (zh) 2015-09-22 2015-09-22 一种使用离子液体电解液的超级电容器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510609536.8A CN106548878B (zh) 2015-09-22 2015-09-22 一种使用离子液体电解液的超级电容器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106548878A CN106548878A (zh) 2017-03-29
CN106548878B true CN106548878B (zh) 2018-08-10

Family

ID=58364243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510609536.8A Active CN106548878B (zh) 2015-09-22 2015-09-22 一种使用离子液体电解液的超级电容器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106548878B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108172415B (zh) * 2017-12-26 2020-07-24 深圳先进技术研究院 铝离子混合超级电容器及其制备方法
CN110148524B (zh) * 2019-05-22 2020-12-22 西安建筑科技大学 一种嵌套式CeO2/GO/AAO纳米阵列超级电容器电极材料及其制备方法
CN114628157A (zh) * 2022-03-02 2022-06-14 中国科学院金属研究所 一种氯基氧化还原电容器的构建方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225617A (zh) * 1996-07-22 1999-08-11 阿克佐诺贝尔公司 采用低温离子液体和长链烷基化试剂形成直链烷基苯
CN104241596A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 北京科技大学 一种可充电铝离子电池及其制备方法
CN104303360A (zh) * 2012-05-04 2015-01-21 Ifp新能源公司 包括蓄电池和空-铝电池组的系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9368284B2 (en) * 2013-09-02 2016-06-14 Litronik Entwicklungs Gmbh Anode electrode for aluminum electrolytic capacitor and respective production method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225617A (zh) * 1996-07-22 1999-08-11 阿克佐诺贝尔公司 采用低温离子液体和长链烷基化试剂形成直链烷基苯
CN104303360A (zh) * 2012-05-04 2015-01-21 Ifp新能源公司 包括蓄电池和空-铝电池组的系统
CN104241596A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 北京科技大学 一种可充电铝离子电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106548878A (zh) 2017-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Campos et al. Investigation of carbon materials for use as a flowable electrode in electrochemical flow capacitors
US20130168611A1 (en) Composite electrode material, manufacturing method and application thereof
Li et al. Studies on preparation and performances of carbon aerogel electrodes for the application of supercapacitor
CN103594254B (zh) 一种二氧化锰/介孔碳纳米分级复合电极材料的制备方法
CN105206430B (zh) 聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料电极及其制备方法和应用
CN102915844B (zh) 一种制备碳片/二氧化锰纳米片的分级复合材料的方法及其应用
CN104299797A (zh) 一种基于NiCo2S4及其复合材料的水系不对称型超级电容器
WO2017121080A1 (zh) 一种水系电解质超级电容电池
CN106981374B (zh) 功能化氧化石墨烯修饰聚合物凝胶电解质及其制备方法和应用
CN104715934A (zh) 一种混合超级电容器及其制备方法
Bao et al. Effects of nano-SiO2 doped PbO2 as the positive electrode on the performance of lead-carbon hybrid capacitor
CN106548878B (zh) 一种使用离子液体电解液的超级电容器
CN105632776A (zh) 一种具有超长循环稳定性非对称超级电容器及其制备方法
CN105206432B (zh) 聚苯胺纳米管阵列/氧化铜/二氧化锰复合材料电极及其制备方法和应用
CN106298254A (zh) 聚苯胺/多孔金属薄膜材料、复合正极极片、制备方法及应用
Zhou et al. Facile fabrication of highly porous TiO2 microrods anode with enhanced Al-ion storage for hybrid capacitors
CN106298260B (zh) 一种氟化碳材料超级电容器极片的制备方法
CN103646788B (zh) 一种草酸镍基非对称型超级电容器及其制备方法
CN103887076A (zh) 一种水系非对称超级电容器及其制备方法
Li et al. Facile synthesis of polyaniline nanofibers/porous carbon microspheres composite for high performance supercapacitors
CN105632788B (zh) 具有活性材料BaCoF4工作电极的超级电容及其制备方法
CN103871752B (zh) 一种氧化铜基非对称型超级电容器及其制备方法
CN107768147A (zh) 一种基于CoFe类普鲁士蓝的长寿命非对称型超级电容器及其制备方法
CN103077834A (zh) 基于水系中性电解液的不对称超级电容器及制备
CN110085448A (zh) 具有高能量密度的硫化铜/还原氧化石墨烯复合材料及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant