CN108807011A - 一种超级电容器氧化还原型复合电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超级电容器领域，公开一种超级电容器用复合电解液及其制备方法。电极液是由空白电极液和活性材料添加复配形成的电解液。正极和负极的电解液都是同样的KOH溶液，负极的活性材料添加剂为2，6‑DHAQ(2，6二羟基蒽醌)或1，5‑DHAQ(1，5二羟基蒽醌)中的一种或两种，正极活性材料添加剂为铁氰化钾，本发明通过调控复合电解液中活性添加剂的浓度，使电解液中活性物质能够可逆稳定存在，实现在超级电容器中碳基电极同时贡献双电层电容和赝电容，使超级电容器能量密度提高。
Description
技术领域：
本发明涉及超级电容器领域，具体涉及一种可以提供氧化还原反应的超级电容器用复合电解液。
背景技术：
超级电容器由于其寿命长、功率密度高、可以实现快速充放电，发挥着电池和传统电容器不可替代的作用，被广泛应用于启动电源、电动汽车、航空航天和国防科技等需要高功率用电的领域。如何保持超级电容器高功率密度的前提下，实现大的能量密度，是一个富有挑战性的难题。近年来，为了提高超级电容器能量密度，大部分研究围绕电极材料展开，如在碳基材料上复合金属氧化物材料、导电聚合物材料等，利用活性材料提供赝电容从而提高超级电容器性能。但是，不尽如人意的是，金属氧化物机械性能和导电性能较差的缺点限制了其应用。导电聚合物随着充放电过程中带电离子的植入和释放，会在离子和电荷作用下的膨胀和收缩。这个过程往往会导致电极材料的机械降解和循环期间电化学性能的衰减，降低超级电容器的循环稳定性。因此，改善超级电容器电解液在保持超级电容器稳定性的前提下有效提高能量密度成为一个有效方法之一。
电解液是超级电容器的重要组成部分，伴随超级电容器的充放电过程，在提供正负电极表面，通过形成双电层，储存和释放电荷。超级电容器的比电容、能量密度等参数都明显受到电解液影响。水系电解液是目前应用比较广泛的电解液，其导电率高，毒性低，成本低，但是其分解电压低，影响了超级电容器的能量密度。在电解液加入添加剂制备复合电解液，使超级电容器在形成双电层电容的同时，也提供赝电容来增加能量密度是一个不错的选择。目前对电解液中活性添加剂的研究主要涉及到碱性空白液或酸性空白液中添加能够产生赝电容的活性材料。如在H2SO4添加KI、KBr、VOSO4、氢醌、苯醌亚甲基蓝、木质素磺酸盐等；或者碱性电解液，如在KOH溶液中添加K4Fe(CN)6、K3Fe(CN)、对苯二胺、邻苯二胺等。这些电解液在一定程度上都能够电容有所提高，但是还不能满足超级电容器能量密度的要求。
发明内容：
为解决上述问题，本发明提供一种超级电容器复合电解液的制备方法，通过在电解液中添加活性材料，在充放电过程中提供氧化还原反应，通过优化电解液各部分物质的组成比例，提高超级电容器性能。
本发明属于超级电容器领域，公开一种为超级电容器提供氧化还原反应的复合电解液。所述复合电解液是由空白电解液和活性材料添加剂组成，空白电解液使用KOH溶液，正极和负极的活性材料添加剂不同，正极的活性材料添加剂为铁氰化钾，负极活性材料添加剂为2， 6-DHAQ(2，6二羟基蒽醌)或1，5-DHAQ(1，5二羟基蒽醌)其中的一种。正极复合电解液的浓度范围为KOH溶液为1-10mol/L，铁氰化钾浓度为0.01-5mol/L。负极电解液中KOH溶液为1-10mol/L，2，6-DHAQ或1，5-DHAQ浓度为0.01-5mol/L。
本发明的优点：与现有的超级电容器电解液相比，现在所使用的活性材料添加剂绿色、无毒、廉价、易得。并且，活性添加剂的氧化还原反应动力学较快，重要的是能够提高比电容，循环性能好。本发明的复合电解液可以在常温条件下操作，操作条件不苛刻，易于实现大规模生产。相关发明对超级电容器能量密度的提高，消除目前超级电容器进一步应用的市场障碍具有重要的意义。
附图说明：
图1中采用实施例1-5进行的电化学测试结果，所测的比电容随电流密度的变化曲线。
具体实施方式：
实施例1：
将蔗糖碳化，与乙炔黑、聚四氟乙稀在研钵中以85:10:5的质量比进行混合，加入适量无水乙醇，用混合均匀的粉末涂在泡沫镍上，真空干燥后压片，制备工作电极。将片为对电极， Hg/HgO为参比电极。通过三电极法进行电极性能的测试。正极复合电解液中加入6mol/L的 KOH溶液，0.05mol/L的1，5-DHAQ，负极复合电解中加入6mol/L的KOH溶液和0.03mol/L 的K3[Fe(CN)6]溶液。利用电化学工作站进行循环伏安，恒流充放电和交流阻抗电化学测试。比电容随电流密度的变化曲线如图1所示。
实施例2：
利用实施例1所制备的工作电极，正极复合电解液中加入6mol/L的KOH溶液，0.05mol/L 的1，5-DHAQ，负极复合电解中加入6mol/L的KOH溶液和0.03mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。利用电化学工作站进行循环伏安，恒流充放电和交流阻抗电化学测试。比电容随电流密度的变化曲线如图1所示。
实施例3：
利用实施例1所制备的工作电极，正极复合电解液中加入6mol/L的KOH溶液，0.03mol/L 的1，5-DHAQ，负极复合电解中加入6mol/L的KOH溶液和0.03mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。利用电化学工作站进行循环伏安，恒流充放电和交流阻抗电化学测试。比电容随电流密度的变化曲线如图1所示。
实施例4：
利用实施例1所制备的工作电极，正极复合电解液中加入6mol/L的KOH溶液，0.01mol/L 的1，5-DHAQ，负极复合电解中加入6mol/L的KOH溶液和0.03mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。利用电化学工作站进行循环伏安，恒流充放电和交流阻抗电化学测试。比电容随电流密度的变化曲线如图1所示。
实施例5：
利用实施例1所制备的工作电极，正极复合电解液中加入6mol/L的KOH溶液，0.05mol/L 的1，5-DHAQ，负极复合电解中加入6mol/L的KOH溶液和0.04mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。利用电化学工作站进行循环伏安，恒流充放电和交流阻抗电化学测试。比电容随电流密度的变化曲线如图1所示。
本发明不限于以上实例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、替代和衍生物，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种超级电容器用的氧化还原型复合电解液，其特征在于：所述电解液正极电解液和负极电解液不同。负极电解液包括空白电解液KOH溶液，活性材料添加剂为2，6-DHAQ(2，6二羟基蒽醌)或1，5-DHAQ(1，5二羟基蒽醌)中的一种或两种。正极电解液包括空白电解液KOH溶液，活性材料添加剂为铁氰化钾。
2.根据权利要求1所述的复合电解液，其特征在于：负极电解液中KOH溶液为1-10mol/L，活性材料添加剂为2，6-DHAQ或1，5-DHAQ的一种或两种，其浓度为0.1-5mol/L。
3.根据权利要求1所述的复合电解液，其特征在于：正极电解液中KOH溶液为1-10mol/L，活性材料添加剂为铁氰化钾，其浓度为0.1-5mol/L。
4.根据权利要求1-3任一项的电解液用于超级电容器系统中。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181113 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |