【摘 要】
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超级电容器（SCs）是一种高效的储能器件,具有充放电时间短及寿命长等优点,但与电池相比其能量密度较低。超级电容器中,电解液是一个重要的组成部分,影响着器件的容量、功率密度及能量密度。为了提高超级电容器的能量密度,拓宽电压窗口和提高比电容是两个重要的手段。通过向已有的有机体系加入离子液体或者设计电化学稳定的新型离子液体,可以有效提高电压窗口,从而增大器件的能量密度。将氧化还原官能团嫁接到离子液体上或
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超级电容器（SCs）是一种高效的储能器件,具有充放电时间短及寿命长等优点,但与电池相比其能量密度较低。超级电容器中,电解液是一个重要的组成部分,影响着器件的容量、功率密度及能量密度。为了提高超级电容器的能量密度,拓宽电压窗口和提高比电容是两个重要的手段。通过向已有的有机体系加入离子液体或者设计电化学稳定的新型离子液体,可以有效提高电压窗口,从而增大器件的能量密度。将氧化还原官能团嫁接到离子液体上或直接向离子液体中添加氧化还原分子,通过引入赝电容提高超级电容器的比电容,这是提高超级电容器能量密度的另一种方式。基于此,本工作设计出三种类型的离子液体基电解液,将其应用在超级电容器中,研究其电化学性能及储能机理,主要研究内容如下:1、通过调整1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐两种离子液体的质量比例,使离子液体电解质的离子尺寸与多孔碳电极的孔径分布相匹配,提高电极材料孔径利用率,从而提高双电层电容的贡献。用这种策略来构建高性能电化学储能器件的电解液,既绿色又简便,对商用离子液体在超级电容器中的进一步应用提供具有借鉴的重要意义。2、通过在离子液体中添加偶氮苯（AB）氧化还原活性分子构建离子液体基的电解液。由5 M AB/[EMIM][BF4]为电解液有序介孔碳作电极组装的超级电容器,在电流密度为1 A g-1时比电容为346.2 F g-1,在10 A g-1时,电容仍可达到289.7 F g-1,电容保持率为83.7%。在925.8 W kg-1的功率密度下,超级电容器的最大能量密度达130.9Wh kg-1。即使当功率密度增加到10.8 k W kg-1时,超级电容器仍具有109.5 Wh kg-1的能量密度。此外,还通过紫外可见分光光谱和核磁共振波谱技术研究了氧化活性分子在充放电过程中的储能机制,证实了AB参与电化学反应。3、以偶氮官能团为核心,设计制备新型氧化还原活性离子液体电解质1-甲基-3-甲氧偶氮苯基咪唑四氟硼酸盐（[Azo C2MIM][BF4]）,并将其应用于超级电容器。[Azo C2MIM][BF4]/[EMIM][BF4]作为电解质,引起的法拉第反应可贡献赝电容。利用电化学测试初步探究了[Azo C2MIM][BF4]充放电时的反应机制。将所制备的电解液（50m M[Azo C2MIM][BF4]/[EMIM][BF4]）与还原氧化石墨烯电极组装为超级电容器,该器件在功率密度为1800 W kg-1时能量密度达72 Wh kg-1。赝电容的贡献大大提高了超级电容器的整体性能。
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