质子离子液体基固态电解质的制备、性能及其在超级电容器中的应用

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超级电容器是一种介于电池和传统物理电容之间的一种新型储能元件,具有功率密度比电池高和能量密度比物理电容高的优点,被认为是一种高效、实用的新型能储能器件。液态电解质是最常用的超级电容器电解质,但是存在漏液甚至爆炸的缺点。固态电解质一般是由电解质盐和具有离子配位能力的高分子基体组成的复合材料,具有质量轻、粘弹性大、成膜性好等优点。采用固态电解质的超级电容器具有不漏液、安全性高的优点,适应电化学器件向小型化、超薄型化方向发展。为了提高固态电解质的导电率一般需要加入有机增塑剂,但是它易挥发,易漏液,不仅会降低容量,还会出现安全隐患和对环境造成污染。为了提高凝胶型固态电解质的热稳定性,近几年来离子液体作增塑剂得到日益广泛的研究和发展。离子液体具有电导率高、电化学窗口宽、热稳定性好、无显著蒸汽压、无可燃性等特点,特别适合作为固态电解质的导电介质。质子离子液体是离子液体的一个亚种类,除具有离子液体的基本性能以外,还具有导电率高,合成步骤简单等优点。作者采用溶液浇注法,把质子离子液体[BMIm]HSO4引入到高分子基体中制备了质子离子液体/PVA高分子固态电解质,并进行了红外光谱、核磁共振谱、扫描电镜、热重和电化学性能的表征与测试,显示了优异的性能。采用一步无水溶胶-凝胶法把质子离子液体[HMIm]HSO4固定在无机多孔硅骨架中形成了一种杂化材料,被称为“离子液体/硅凝胶固态电解质”。这种电解质具有良好的机械性能,高的导电率和热稳定性能。为了进一步本考察这两种电解质的实际应用性能,采用活性碳为电极材料组装了扣式超级电容器。电化学性能测试表明,采用此两种离子液体基固态电解质的超级电容器工作窗口宽,内阻小,比容量大,倍率性能好,循环寿命长,显示了质子离子液体基固态电解质的优良性能。
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