超级电容器用离子液体电解质的研讨进展

超级电容器的比能量比锂电池低，在坚持高比功率的一起，进步比能量是急需解决的问题。进步单体超级电容器的比能量，需要在进步作业电压的一起，进步比电容。作业电压与电解液的分化电压有关。目前，超级电容器的电解液首要有水系和有机系两种。水系电解液为硫酸溶液或氢氧化钾溶液，腐蚀性较强，且制备的单体超级电容器的作业电压低(只有约1V)。有机系电解液为四氟硼酸四乙基铵盐等电解质的有机溶液，制备的单体超级电容器的作业电压在2.5V以上;但存在有机溶剂易挥发、电导率和作业电压进步困难、有安全隐患及对环境有影响等问题。

离子液体可直接作为超级电容器的液态电解质，也可溶于有机溶剂中作为电解质盐，还可引进固体聚合物电解质，以改善相关功能。

液态电解质

离子液体的阴离子首要由二(三氟甲基磺酰)亚胺(TFSI-)、BF4-和PF6-等构成。离子液体的阳离子首要由咪唑类、吡咯类及短链脂肪季胺盐类等有机大体积离子构成。

咪唑类离子液体

咪唑类离子液体的黏度低、电导率高。自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIBF4)后，咪唑类离子液体发展敏捷。

1-丁基-3-甲基咪唑类(BMI+)离子液体因为黏度低、电导率相对较高，易组成，得到了广泛的研讨。B.Andrea等用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIPF6)和1-丁基3-丁基咪唑四氟硼酸盐(BMIBF4)作为活性炭(AC)/聚三甲基噻吩(pMeT)混合电容器的电解液。与有机电解液(PC-EtNBF4)电容器比较，离子液体电容器在60℃时的比能量、功率密度及电流效率较高。

高黏度是离子液体走向工业化使用的首要妨碍之一。在低温下具有相当高的电导率和低黏度的1-乙基-3-甲基咪唑氟化盐(EMIF 2.3HF)用于超级电容器电解质的研讨较多。U.Makoto等用EMIF 2.3HF作为电解液，与1mol/LEt3MeNBF4/PC电解液进行比照试验。在25℃下，前者的电导率可达100mS/cm，后者为13mS/cm。选用EMIF 2.3HF离子液体的超级电容器，内阻相对较低(在水系和有机系电解液之间)，电容即便在低温时都高于常见的EMIBF4离子液体超级电容器。EMIF 2.3HF的分化电压仅为2V左右，导致能量密度过低;在70℃以上时，循环功能和热安稳功能(约77℃开端失重)不理想，再加上HF的毒性，作为工业电解质的使用受到约束。

为了进一步进步咪唑类离子液体电解质的电导率，并下降黏度，一起坚持较高的电化学窗口，咪唑类离子液体结合疏质子有机溶剂PC和EC作为混合电解液得到了较多的研讨。A.B.McEwen等将2mol/L的EMIPF6溶解于AN中，作为超级电容器电解液，最高电导率可达60mS/cm。咪唑类离子液体除了对阴、阳离子的挑选外，阳离子的替代和阴离子的氟化也得到了必定的研讨。从阳离子的替代来看，EMI+咪唑环上2号位上的H活性比较强，当H被安稳性较强的烷基替代后，离子液体的安稳性也得到了增强。Z.Zhou等用全氟离子液体[EMI]RfBF3作为超级电容器的电解质，发现安稳性和循环功能较差，尤其是循环功能丢失较大(2d丢失50%)，约束了实践使用。J.Barisci等选用离子液体电解质，对碳纳米管(CNT)电极进行了研讨，发现CNT具有较好的活性和比电容。L.Kavan等以BMIBF4作为电解质，对单壁CNT、双壁CNT及富勒烯电极的电化学功能进行了研讨，结果标明：这些电极资料具有显着的超级电容器特征。H.T.Liu等对以BMIPF6为电解液、中孔镍基混合稀土氧化物为阳极资料、AC为负极资料的混合电容器进行研讨，电容器呈现出较高的比功率(458W/kg)和比能量(50Wh/kg)，500次循环后，电容没有显着的衰减。离子液体还被使用于组成超级电容器聚合物电极资料的研讨中。C.Arbizzani等用恒流极化法制备了P型掺杂聚合体pMeT，反响池中的溶液为EMITFSI，经过添加HTFSI而不耗费离子液体，其间的H+被还原为H2，在负极生成(MeT0.3+TFSI-0.3)n聚合体。以这种聚合体为电极资料、EMITFSI为电解质的混合电容器，呈现出250F/g的高比电容。1.2吡咯烷类离子液体吡咯烷类离子液体归于环状季铵盐，因为吡咯烷阳离子替代的不对称性而具有较低的熔点，电导率较高。N-丁基-N-甲基吡咯二(三氟甲基磺酰)亚胺盐(PYR14 TFSI)在高温下的电化学和热安稳性优秀，受到了广泛的关注。A.Balducci等用PYR14TFSI离子液体作为AC/pMeT混合超级电容器电解质，电容器在60℃、10mA/cm2及1.5~3.6V的条件下充放电16000次后，归纳功能较好，尤其是高温电容坚持能力。离子液体的能量密度和功率密度较高，阐明吡咯烷类离子液体可进步混合电容器在高温(60℃)下的电压窗口和循环寿数。A.Balducci等对使用离子液体PYR14TFSI的微孔活性炭对称电容器电解液进行了研讨，电容器的电阻在40000次循环后根本没有改变(9Ωcm2)，60℃时的电压窗口为3.5V，电极资料的比电容为60F/g。这种超级电容器能够作为高温电容器，在实践中使用。M.Lazzari等研讨了离子液体电解质PYR14TFSI和EMITFSI与AC界面的效果，发现阴极充电时，碳电极的电容很大程度上决定于离子液体阳离子的极化性，即取决于影响双电层的介电性和阳离子的品种;碳的多孔及界面的化学性质，也是影响电导率和离子液体极化性的重要因素。

短链脂肪季胺盐类离子液体

短链脂肪季胺盐类离子液体最大的长处是对高比表面积的活性炭安稳，比咪唑类和吡咯烷离子液体具有更高的安稳性。

T.Sato等研讨了N，N-二甲基-N-乙基-N-2-甲氧基乙基铵二(三氟甲基磺酰)亚胺盐(DEMENTf2)作为超级电容器电解质的归纳功能。EMENTf2呈现出很宽的液态范围，循环伏安曲线标明：电压窗口可达6V(铂电极)，室温下的电导率为4.8mS/cm，与传统有机电解液比较，比电容和库仑效率较高。Y.Kanako等发现：DEMEBF4和MEMPBF4(阳离子为N-甲基-N-2-甲氧基乙基吡咯)电解质的安稳功能、高低温功能较好，电导率较高。这种离子液体和用相同的阳离子与TFSI-阴离子组成的离子液体，可进步超级电容器的高温安全功能。

2聚合物固态电解质

离子液体聚合物电解质兼具聚合物力学功能好以及离子液体电导率高的长处，一起进步了电容器的安全性和安稳性。一般离子液体聚合物电解质可分为两类：①含离子液体的聚合物电解质;②在聚合物分子上引进离子液体结构，得到离子液体/聚合物电解质。

聚合物基质首要由聚氧乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙烯醇(PVA)等构成。A.Lewandowske等研讨了EMIBF4、EMINTf2、BMIBF4和BMIPF6等离子液体-聚合物电解质的电化学特性，发现：选用高比表面积活性炭资料时，比电容为45~180F/g。

A.Lewandowske等用上述离子液体作为超级电容器电解质，经过参加环丁砜(TMS)作为增塑剂和离子液体稀释剂，进步了电解质的电导率，其间，PAN-EMIBF4-TMS的电导率为15mS/cm(相同条件下，纯EMIBF4离子液体的电导率为13.8mS/cm)。A.Lewandowske等将PYR14TFSI、EMIBF4和BMIPF6作为离子源，别离引进PAN、PEO及PVA聚合物基质中，制成三元固体电解质。在25.下，不同份额聚合物体系的电导率最高可达15mS/cm，电化学窗口为3V。

A.Lewandowske等将离子液体1-甲基-3-乙基咪唑三氟甲磺酸(EMImTf)引进不同基质中，在25℃下，电导率最高值为16.2mS/cm。J.Reiter等研讨了两种聚合物电解质：聚2-乙氧基乙基-异丁烯酸酯(PEOEMA)-PC-BMIPF6和PEOEMA-PC/EC-BMIPF6。这两种聚合物电解质的电导率较高电压窗口在玻璃碳电极上为4.3~4.4V，热安稳温度可达150℃以上，具有很好的热安稳性。