摘要
超级电容器因具有超长的工作寿命、高功率特性、较宽的应用温度范围和较好的安全性等优点使其在航空航天、轨道交通、工程机械和军工领域有着广泛的应用。但是，与电池等储能器件相比，超级电容器的能量密度要低一个数量级，这限制了超级电容器的进一步应用。所以当前超级电容器领域主要围绕提高能量密度这一指标展开研究，而提高能量密度的两个途径分别是提升比电容和工作电压。电解液是超级电容器中不可或缺的重要组成部分，本文以提高超级电容器的比电容和工作电压为目的，分别探讨了水系高浓度电解液和有机系超高浓度电解液对超级电容器工作电压和比电容的影响情况。 成功合成了1-丙基-3-甲基咪唑氯盐（PMIm-Cl），将其溶于去离子水形成水系电解液，探究浓度对离子溶剂化和物化性能的影响，组装超级电容器测试高浓电解液对耐电压性的影响。随着PMIm-Cl/H2O浓度的升高，水系超级电容器的工作电压有了明显的提升，当电解液的浓度达到30mol/kg时，超级电容器的工作电压达到2.3V。同时，为了降低电解液的粘度和成本，引入有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为惰性稀释剂，值得关注的是，NMP的引入不会对高浓PMIm-Cl/H2O的溶剂化结构造成破坏，进而依旧可以使超级电容器在2.3V下稳定工作。 成功合成了一种小尺寸电解质盐N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸盐(DMP-BF4)，将其溶于低粘度、高介电常数溶剂乙腈配制成高浓度DMP-BF4/AN电解液。随着浓度的提高，DMP-BF4/AN电解液的负向窗口拓宽而正向窗口几乎不受影响。4mol/L的DMP-BF4/AN的负向窗口在得到拓宽的同时，使得正负向的窗口更趋于对称，从而使超级电容器器件的电化学窗口得到最大程度的利用。利用三电极装置测试4mol/LDMP-BF4/AN电解液组装的超级电容器的最高工作电压为3.4V。同时，4mol/LDMP-BF4/AN电解液的离子电导率仍然高达39.6mS/cm，这保证了超级电容器在获得高能量密度的同时依然有着不错的倍率性能。经计算得知，4mol/LDMP-BF4/AN电解液组装的超级电容器的最高能量密度和功率密度分别可以达到49.8Wh/kg和14.6Kw/kg。
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