超低温氯盐水系超级电容电解液的制作方法
【专利摘要】本发明涉及低温电解液，具体是一种在超低温条件下能使超级电容电池具有优良电化学性能的超低温氯盐水系超级电容电解液。按下述方法制备：将蒸馏水与一种含有氨基的有机溶剂按体积比为1:2~2:1混合，将氯盐溶解在该混合溶剂中，形成浓度为0.5~2 mol·L-1的溶液，即为以碳材料作为电极材料的超级电容电池的电解质溶液。本发明特别之处是：-60℃时，用其制作的超级电容电池的比电容为使用同浓度氯盐的纯水电解液超级电容电池的两倍多，其比电容约为其室温比电容的三分之二。将该电解液用于超级电容电池，价格低廉、操作简便、毒性小、低温性能好，具有较高的应用价值。
【专利说明】超低温氯盐水系超级电容电解液
【技术领域】
[0001]本发明涉及低温电解液，具体是一种在超低温条件下能使超级电容电池具有优良电化学性能的超低温氯盐水系超级电容电解液。
【背景技术】
[0002]超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容、双电层电容器(ElectricalDouble-Layer Capacitor)，是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器用途广泛:用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动(尤其是在寒冷的冬季)。
[0003]低温条件下，超级电容电池的电化学性能将降低，这就限制了它在航空、航天和军事等特殊领域的应用。由电解液入手来改善超级电容电池的温度性能已经被证明是可行的技术途径，这是因为作为在电池内起传导作用的离子导体，电解液的性能及其与正负极形成的界面状况很大程度上影响电池温度性能，本课题即是针对低温电解液来研宄的。
[0004]在超级电容电池的各组成部分中，电解液是关键组分，对电容器的工作电压、内阻、功率特性和温度特性等具有十分重要的影响。
[0005]通常使用的液体电解液为水系电解液和非水系电解液。
[0006]非水系电解液一般采用有机溶剂或离子液体。相对于水系电解液而言，非水系电解液工作温度范围宽，目前商业化生产的非水系超级电容器最低操作温度已达到-40°C。但非水系电解液存在一些致命的缺点:电导率较低、成本高、要求密封以隔绝空气中的水分，且很多毒性高、污染环境，从而限制了其使用。
[0007]水系电解液价格低廉，电导率比有机电解液高二个数量级，无需像非水系电解液那样必须在非常干燥的条件下工作，因此得到广泛应用，但其不足之处主要是:水的凝固点至沸点的温度范围使电容器的低温性能较差。因此，若能对水系电解液开展研宄，从而提高超级电容电池的低温性能，将具有极其重要的理论意义和应用价值。但到目前为止，国内外相关研宄显有报道。
[0008]本发明提供的氯盐水系电解液，价格低廉、操作简便、毒性小，将提高超级电容电池的低温性能，具有极其重要的应用价值。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种用于超级电容电池的价格低廉、操作简便、毒性小且低温电化学性能好的氯盐水系电解液。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案实现的: 一种超低温氯盐水系超级电容电解液，按下述方法制备:将蒸馏水与一种含有氨基的有机溶剂按体积比为1:2~2:1混合，将氯盐溶解在该混合溶剂中，形成浓度为0.5-2mo I.L—1的溶液，即为以碳材料作为电极材料的超级电容电池的电解质溶液。
[0011]采用上述技术方案的本发明，其特别之处是:
-60 0C时，用其制作的超级电容电池的比电容为使用同浓度氯盐的纯水电解液超级电容电池的两倍多，其比电容约为其室温比电容的三分之二。将该电解液用于超级电容电池，价格低廉、操作简便、毒性小、低温性能好，具有较高的应用价值。
[0012]本发明更进一步的技术方案是:
所述含有氨基的有机溶剂为甲酰胺。
[0013]所述氯盐为CaCl2、KCl、LiCl、NaCl 其中之一。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是不同温度下测定的2mol/LCaCld^ -FA-H2O (1:1)溶液为电解质的超级电容，在一 70°C至20°C范围内，每隔10°C为一个梯度进行循环伏安测试的曲线图。
[0015]图2 是一60°C时，分别以 2mol/LCaCl』9 H20、DMS0-H20 (1:1)、FA_H20 (1:1)溶液为电解质的超级电容，进行循环伏安测试的曲线图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合实施例详述本发明，目的仅在于更好的理解本
【发明内容】
，所举之例并非限制本
【发明内容】
。
[0017]制备碳纳米管电极:
(1)配好合适浓度的分散剂溶液，将电极材料碳纳米管粉体和分散剂溶液按适当比例混合，在超声波中超声30分钟，制备成分散性良好的碳纳米管溶液；
(2)碳纳米管溶液中加入适量的聚四氟乙烯黏结剂，超声10分钟，得到混合液；
(3)石墨棒(d= 6 mm)每次使用前需打磨以将其上残存的杂质磨掉，用蒸馏水冲洗干净，在烘箱中常温30分钟，然后再在相同面积的石墨棒上滴加适量的的碳纳米管溶液，待其自然风干12小时，则制备成碳纳米管电极。
[0018]制备超低温氯盐水系超级电容电解液:
蒸馏水与甲酰胺按1:1体积比混合，将CaCl2加入FA-H 20 (1:1)中，得到浓度为2mol/L的CaCl2溶液，将该溶液作为电解液。
[0019]循环伏安测试和恒电流充放电测试:
以碳纳米管工作电极和石墨电极对电极以及Ag/ AgCl参比电极组成三电极体系，将三电极体系固定在烧杯上的胶塞上(工作电极和对电极距离要近组合成超级电容)，同时插入温度计；将组装好的电容器固定在低温恒温槽中，加入配置好的电解质溶液，待温度计显示的示数稳定一段时间后，将电容器与电化学工作站连接在一起，进行循环伏安测试和恒电流充放电测试。
[0020]在一 70°C至20°C范围内，每隔10°C为一个梯度进行循环伏安测试，结果如图1所不O
[0021]同样方法测定同浓度CaCl2不同溶剂的电解液性能，如图2所示。
[0022]结果表明，当碳纳米管超级电容的电解液为CaCl2-FA-H2O (其中FA与H2O为1: 1，CaCl2浓度为2mol/L)时，在低温条件下具有相对较高的比容量，为同浓度CaCl 2水溶液作为电解液时的两倍多。
[0023]本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。
【权利要求】
1.一种超低温氯盐水系超级电容电解液，其特征在于，按下述方法制备:将蒸馏水与一种含有氨基的有机溶剂按体积比为1:2~2:1混合，将氯盐溶解在该混合溶剂中，形成浓度为0.5-2 mo I.L—1的溶液，即为以碳材料作为电极材料的超级电容电池的电解质溶液。
2.根据权利要求1所述的超低温氯盐水系超级电容电解液，其特征在于，所述含有氨基的有机溶剂为甲酰胺。
3.根据权利要求1所述的超低温氯盐水系超级电容电解液，其特征在于，所述氯盐为CaCl2、KCl、LiCl、NaCl 其中之一。
【文档编号】H01G11/60GK104505263SQ201410819759
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】高筠, 陈政 申请人:河北联合大学