论文部分内容阅读
在新能源领域中,超级电容器作为一种快速充放电、长循环寿命、高功率、低成本、无维护的电能源,广受人们关注。超级电容器的电解液基本上可分为水系和非水系电解质,常用的商业电解液通常为乙腈基、碳酸丙烯基等非水电解液,存在粘度大、毒性高等缺点。水系电解液具有电导率高、粘度低、无污染等优点,但其电化学窗口比较窄,且低温性能差。本课题以活性炭作为电容器的正负电极,主要考察了不同质量比的正负极、不同种类的高浓度电解液对电容器能量密度的影响,以及在高浓度电解液中添加葡萄糖/乙二醇防冻剂以进一步改善水系电容器低温性能的作用。获得如下结果:（1）以1.0:1.0、1.2:1.0、1.4:1.0、1.6:1.0、1.8:1.0不同质量比的活性炭电极作为正负极,4 mol/L（NH4）2SO4水溶液和5 mol/L NaClO4水溶液分别作为电解液组装成10种水系电容器,通过恒流充放电、循环寿命测试、Ragone曲线测试得出结果,质量比为1.2:1.0的电容器电化学性能最佳,工作电压窗口分别为1.6 V和1.8 V时,放电比电容分别为81.9 F/g、76.1 F/g,放电容量保持率分别为91.1%、102.3%,此时能量密度分别为6.8 Wh/kg、7.7 Wh/kg。两种水溶液三电极测试均得出,在充电过程中电容器电压窗口的限制取决于正极电位。（2）实验中采用7 mol/LNaClO4水溶液作为水系电容器电解液,正负极质量比为1.2:1.0,制备出水系电容器可在02 V的电压范围内进行小电流稳定充放电,漏电流为0.19 mA。电容器荷电保持能力良好,静置5 h,比电容保持率可达95%。以6 C倍率充放电循环10 000圈,放电比电容值为66.5 F/g,放电容量保持为92.4%,能量密度为9.3 Wh/kg。在02.2 V工作电压范围内恒流循环5 000圈后,放电容量保持为88.6%。（3）7 mol/L NaClO4水溶液电容器可以在-30℃下仍保持溶液状态,放电比电容可达71.3 F/g,保持率为85.3%（相对于25℃时电容器的比电容）,最高承受电压为2.55V;在7 mol/LNaClO4水溶液中加入葡萄糖（Gl）/乙二醇（Eg）能有效降低水溶液的凝固点（<-50℃）,混合溶液电容器能够在-35℃的超低温下进行充放电,最高承受电压为2.75 V。在0℃、25℃时,葡萄糖能提高水系电容器的电容性能,比电容为89.3 F/g,能量密度12.3 Wh/kg。在低温下,乙二醇/高氯酸钠混合水溶液电容器低温性能相对较好,放电容量保持率可达82%。