基于离子液体的电化学电容器及其影响因素的研究

上海师范大学硕士学位论文基于离子液体的电化学电容器及其影响因素的研究姓名：徐立群申请学位级别：硕士专业：物理化学指导教师：王荣20090301基于离子液体的电化学电容器及其影响因素的研究作者：徐立群学位授予单位：上海师范大学相似文献(10条)1.期刊论文孙国华.李开喜.范慧.谷建宇.李强.刘越.SUNGuo-Hua.LIKai-Xi.FANHui.GUJian-Yu.LIQiang.LIUYue含二茂铁离子液体电容器的电化学性能-物理化学学报2008,24(1)对以含二茂铁(ferrocene,Fc)离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(1-ethyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborate,[BMIm]BF4)作为电解液,高比表面积的多孔炭作为电极材料构成的电容器的电化学行为进行了探讨.循环伏安和恒流充放电测试结果表明,含二茂铁离子液体在多孔炭中发生氧化还原反应,并且该氧化还原反应是扩散控制,高度可逆的过程.0.01mol·L-1[BMIm]BF4/Fc在电流密度为1mA·cm-2时的平均比电容为163F·g-1,比纯[BMIm]BF4的比电容高63%.平均比电容的增加表明由Fc参与的氧化还原反应生成的法拉第电容对电容器的总电容有很大的贡献.同时,以0.01mol·L-1[BMIm]BF4/Fc作电解液的电容器的功率密度为400W·kg-1,能量密度高达37.5Wh·kg-1,达到了电池的水平.2.期刊论文彭成信.杨立.王保峰.章正熙.李南铝箔在甲基烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体电解液中的电化学行为-科学通报2006,51(17)铝箔作为集流体被广泛应用于锂离子电池和电解电容器等电化学器件中,而它在电解液中的电化学行为直接影响电化学器件的性能和安全.通过循环伏安法研究了铝箔在甲基烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体及其与锂盐LiN(SO2CF3)2(简称LiTFSI)组成的电解液中的电化学行为.结果表明:铝箔在离子液体BMI-BF4及锂盐LiTFSI组成的电解液中极化时表面生成了牢固的钝化膜,这对电化学器件集流体铝箔的保护十分有利.将铝箔在离子液体BMI-BF4和BMI-TFSI中进行阳极极化,对比发现,铝箔在离子液体BMI-TFSI中并没有形成较好的钝化膜,而在离子液体BMI-BF4中的铝箔表面生成了抗腐蚀性能较好的钝化膜,其击穿电压高达94.58V.X射线能谱仪(EDS)和X光电子能谱仪(XPS)分析结果表明,铝箔在离子液体BMI-BF4中阳极极化后表面存在F和O,形成了类似氟化物(如AlF3)和氧化物(如Al2O3)的钝化膜.3.期刊论文徐立群.王荣.闫晓慧.李冬梅.曹晓卫.吴霞琴.XULi-qun.WANGRong.YANXiao-hui.LIDong-mei.CAOXiao-wei.WUXia-qinBMIMPF6-有机溶剂对聚噻吩电化学性能的影响-化学研究与应用2009,21(2)实验测试了纯离子液体BMIMPF6、BMIMPF6-乙腈、BMIMPF6-碳酸丙二醇脂混合体系的粘度和电导率.应用循环伏安法在玻碳电极表面合成了聚噻吩,并测试了聚噻吩修饰电极在上述各溶液中的电化学行为.结果表明,聚噻吩在纯离子液体中的惨杂电量较小,电化学反应的可逆性较差.聚噻吩的氧化参杂电量与混合溶液的电导率呈明显的线性关系,当离子液体的体积含量为25%时,溶液的电导率达到最大,同时聚噻吩惨杂电量也达到最大,反应可逆也得到了明显的改善.4.学位论文孙国华离子液体作为电化学电容器电解液的研究2008电化学电容器是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能元件，由于其比功率大于蓄电池、比能量优于传统电容器、循环寿命长等优点越来越受到人们的关注。然而，随着人们对电化学电容器功率密度和能量密度的要求不断提高，传统的电解液诸如水系电解液和有机电解液越来越难以满足需求。离子液体作为电化学电容器的电解液，具有电导率高、电化学窗口宽、液程宽、几乎不挥发以及稳定的物理化学性能等优点已被研究者认为是二十一世纪最有潜力的绿色电解液之一。但由于离子液体的粘度高、离子尺寸大，致使其作为电化学电容器的电解液所获得的电容量较低。br　　基于此，本论文制备了五种较适合作电容器电解液的由咪唑类阳离子和不同阴离子组成的离子液体，首次系统地考察了其在高比表面积活性炭上的电化学性能。在此基础上，通过采用添加有机溶剂和提高温度两种方法达到降低离子液体粘度、提高电容器电容量的目的。创新性地将具有准电容效应的金属离子掺杂到离子液体中使之发生氧化还原反应，在不改变离子液体本身性质的情况下实现提高电容量的目的，并对其充放电机理进行了详细的探讨。此外，采用KOH二次活化对活性炭进行扩孔，通过改变活性炭的性质达到提高电容器电容量的目的。br　　主要结论如下：br　　1.以离子液体作电化学电容器的电解液，在高比表面积活性炭中可获得较好的充放电性能，五种离子液体的漏电流、自放电、内阻、比电容、充放电效率、1000次循环电容的保持率分别在0.15-0.3mA、0.62-0.68V、5.3-23Ω·cm-2、180-233F/g、88-98％、79.8-90.6％范围内。综合几种离子液体的理化性质及电化学性能，[EMIm]BF4显示出较佳的综合性能，其在比表面积为3250m2/g的活性炭中获得的比电容高达210F/g。br　　2.通过添加有机溶剂解决了离子液体粘度过高的状况，改善了离子液体的充放电性能，提高了离子液体的比电容。当离子液体与有机溶剂的摩尔比达4:6时，电导率达到最高，分别为68S·m-1([EMIm]BF4/AN)和24S·m-1([EMIm]BF4/Acet)。相应的电容器比电容分别提高约55％([EMIm]BF4/AN)和15％([EMIm]BF4/Acet)。br　　3.提高温度也能降低离子液体的粘度，有利于增加离子液体的电导率，改善离子液体的电化学性能，降低电容器的内阻并且提高其充放电性能。电容器比电容随温度的升高大幅增加，80℃时的比电容较25℃时约提高60％。br　　4.二茂铁(Fc)和氯化铜(CuCl2)掺杂到离子液体中均可提高电容器的电容量。掺杂0.01MFc的[BMIm]BF4的平均比电容比纯离子液体的比电容高63％。掺杂0.36MCu2+的[EMlm]BF4的平均比电容比纯离子液体的比电容高108％。平均比电容的增加源于Fe2+或Cu2+在多孔炭中发生了扩散控制、可逆的氧化还原反应。添加Fc后对电解液体系的电化学性能如充放电效率、漏电流及循环寿命等影响较小，而添加Cu2+后电解液体系的电化学性能明显变差。br　　5.Fc在活性炭中的充放电机理为Fe2+/Fe3+的单电子氧化还原反应。CuCl2在活性炭中的氧化还原反应机理为两个连续过程，即首先Cu2+转变为Cu+，然后Cu+被活泼炭原子吸附形成CuxCy络合物。由于Cu+/Cu0的氧化还原可逆性较差导致掺杂Cu2+后电解液体系的电化学性能劣化。br　　6.活性炭的表面物化性能显著影响以离子液体为电解液的电容器的电化学性能。孔径分布相似的情况下，活性炭质量电容随活性炭比表面积的增加基本呈线性增大，当活性炭比表面积为3250m2/g时，[EMIm]BF4的质量电容高达210F/g；容积电容随比表面积的增加基本保持在0.06-0.07F/cm2范围内。比表面积相似的情况下，活性炭容积电容及表面积利用率随平均孔径的增加而提高，在某一特定孔径范围内达到最佳。但随着孔径的进一步增加，容积电容及表面积利用率增幅减小。相比较微孔活性炭，中孔炭更适合进行大电流充放电。br　　7.KOH二次活化制备的活性炭炭孔径主要集中在2-4nm。扩孔后活性炭的质量电容逐渐下降，从原样时的173F/g下降到碱炭比为3:1时的137F/g；容积电容则不断增加，从原样时的0.065F/cm2增加到碱炭比为3:1时的0.07F/cm2。相比较比表面积相同而以微孔为主的多孔炭，扩孔后活性炭的质量电容与中孔率的增加幅度相似。5.期刊论文王毅.高德淑.李朝辉.王高军.刘军喜.苏光耀.WANGYi.GAODe-shu.LIZhao-hui.WANGGao-jun.LIUJun-xi.SUGuang-yao离子液体在双电层电容器中的应用研究-电源技术2005,29(7)研究了以一种咪唑类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMI.BF4)为支持电解质盐,分别以碳酸丙烯酯(PC)、乙腈(AN)、二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂的3种新型电解液的电化学特性;进而使用这3种新型电解液组装了活性碳电极双电层电容器(EDLC),对电容器的性能进行了研究.结果表明:EMI.BF4在PC、AN、DMF中均具有较大的溶解度(＞6mol/L);25℃时EMI.BF4/PC、EMI.BF4/AN和EMI.BF4/DMF溶液浓度分别为2.7mol/L、2.4mol/L和2.6mol/L时电导率达最大值(20.3mS/cm、66.3mS/cm和35.3mS/cm),对应的电化学窗口分别为3.7V、4.0V和3.6V.以这3种EMI.BF4/有机溶剂溶液为电解液的双电层电容器,在充电后期均未出现因离子贫乏效应所导致的电容器电压急剧升高现象;其中以2.4mol/LEMI.BF4/AN为电解液的电容器具有最为优良的充放电性能和相对较高的工作电压.6.学位论文白静离子液体及其电解液的研究2007离子液体具有高化学稳定性、热稳定性、高离子电导率等特点。本文用均匀设计的实验方法探讨了离子液体的最优合成工艺；以最优的方案合成了基于马来酸、邻苯二甲酸为阴离子的六种离子液体。用红外光谱测试并分析了这六种离子液体的结构。系统地研究了这些离子液体的电导率、电化学稳定性、热稳定性及其变化规律，热性能是通过DSC和TG来测试的。对于同一种离子液体来说，电导率随着温度的升高而迅速增加。研究发现电导率和温度之间的关系符合Vogel-Tammann-Fuleher(VTF)方程。对于含有相同阳离子的离子液体，其阴离子是马来酸氢根的离子液体比阴离子是邻苯二甲酸氢根的离子液体的电导率要高得多。将本文合成的六种离子液体配制成相应的离子液体电解液，详细研究了其电导率和闪火电压的变化规律。结果表明，马来酸氢根的离子液体电解液的电导率高于邻苯二甲酸氢根的离子液体电解液的电导率。闪火电压测试结果显示马来酸系列的闪火电压要高于邻苯二甲酸系列的闪火电压。这些离子液体电解液的闪火电压值在60V-95V之间。采用这些新型的离子液体电解液代替传统的铝电解电容器的工作电解液制作电容器，对电容器的阻抗、漏电流、电容量、损耗、寿命以及回流焊性能进行了研究。结果表明，含有邻苯二甲酸氢根的离子液体电解液所制备的电容器具有良好电性能，寿命性能以及耐回流焊性能。7.会议论文刘洪涛.李志英.何平.李景虹.朱果逸一种基于离子液体电解质的非对称电化学电容器电化学电容器是一种介于传统静电电容器和化学电池之间的新型储能元件,其储能机理可以是双电层存储电荷和氧化还原传递电荷,因而其充放电效率高,功率密度较电池高近十倍.本文对一种基于离子液体电解质的非对称电化学电容器进行了论述.8.期刊论文孙国华.李开喜.谷建宇.范慧.刘越.SUNGuo-hua.LIKai-xi.GUJian-yu.FANHui.LIUYue溶剂对离子液体电化学电容器电解液的影响-电子元件与材料2007,26(9)研究了有机溶剂[乙腈(AN)、丙酮(Acet)]对离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[(EMIm)BF4]电导率和电化学性能的影响.混合电解液体系的电导率在离子液体与有机溶剂的摩尔比为4∶6时达最大值.循环伏安和恒流充放电测试结果表明,添加有机溶剂在很大程度上改善了电容器的电容特性.电容器的比电容在(EMIm)BF4与AN或Acet的摩尔比为4∶6时达最大值,分别为233,173F/g.9.学位论文张军玲离子液体电解质在电化学电容器中的应用研究2005本论文简要介绍了国内外电化学电容器研究方面的研究进展和离子液