N,N-二甲基-N-乙基金刚烷铵四氟硼酸盐的制备及其在超级电容器中的应用

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电解液性能的优劣对于超级电容器的总体性能有着至关重要的影响。电化学窗口宽、稳定性好的电解液能够在很大程度上提升超级电容器的能量密度?循环稳定性等重要性能。因此,电解液的优选对于超级电容器来说是极其重要的。而电解质对于电解液的电化学窗口、稳定性等方面的影响也是非常重大的,结构不同的电解质的电化学性能具有明显的差异。因此,本文筛选合成了具有刚性笼状稳定结构的新型电解质:N,N-二甲基-N-乙基金刚烷铵四氟硼酸盐(简称DMEA-BF4),并将其应用于超级电容器中,探究了由这种电解质的超电容性能。本论文的主要内容包含如下几个部分:(1)以具有刚性笼状结构的金刚烷胺为母体,通过Echweiler-clarke反应以及烷基化和离子交换成功地制备得到了N,N-二甲基-N-乙基金刚烷铵四氟硼酸新型的季铵盐,以傅里叶变换红外波谱?核磁共振氢谱?核磁共振碳谱对产物进行了表征,经过实验分析发现为目标产物。通过调整反应的温度?时间?pH值对反应进行了优化,得到了最佳的反应条件。(2)把制备得到的N,N-二甲基-N-乙基金刚烷铵四氟硼酸盐与超级电容器常见的溶剂碳酸丙烯酯(PC)?乙腈(AN)混合,配制成不同浓度的有机电解液。以常见的活性炭电极研究了该电解液的超电容性质。通过实验发现,在电流密度为0.5 A·g-1的测试条件下,乙腈类电解液的比电容能达到132.35 F·g-1,能量密度能达到41.36 Wh·kg-1,循环10000次后循环寿命仍然能保留初始容量的91.52%,而碳酸丙烯酯类电解液分别为102.04 F·g-1,31.89 Wh·kg-1,93.24%,均表现出较为优越的电化学性能以及很好的循环稳定性。两类电解液分别具有不同的特点,其中以AN作为溶剂时超级电容器的性能最佳。总之,该新型季铵盐的电化学稳定性好,在稳定性以及循环寿命等方面,均有不同程度的提升,为开发新型超级电容器电解液提供了新思路。
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