超级电容器用耐压电解液的调制与性能

研究背景

超级电容器是一种高功率密度储能装置，当前面临的主要问题在于能量密度偏低。鉴于能量与电压的平方关系，增加其能量密度的有效策略是提高工作电压，而后者主要由电解液的电位窗口决定。因此超级电容器耐压电解液极具研究与应用价值。

创新点及解决的问题

重点分析了耐压电解液在大容量超级电容器中的使用条件，对于高压超级电容器的开发与应用具有较好的指导意义。

重点内容导读

采用咪唑类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIBF₄）调制了两款耐压电解液并用于大容量圆柱式超级电容器中，考察了电容器的容量、内阻、循环等性能，分析了高压循环过程中电容器的发热行为。结果表明：相比商用耐压电解液，两款自制电解液均能一定程度提高电容器的能量密度，但是由于内阻的增加而引起功率密度有所下降。商用耐压电解液由于表面温升过快，难以在2.85 V及以上电压正常循环，而两款自制电解液均显著减少了表面温升，改善了电容器的高压循环能力。另一方面，降低电流密度可以有效控制超级电容器的表面温升速度，这使得各款电容器都能维持稳定的3 V限压循环，EMIBF₄/AN电解液甚至可以支持3.2 V上限循环，此时基于超级电容器总重量计算的最大能量密度与最大功率密度分别达到8.62 W·h/kg和16.18 kW/kg。

图1  自制超级电容器的充放电曲线

结论

相比商用耐压电解液，自制电解液均能一定程度提高电容器的能量密度，抑制电容器的表面温升速度，改善电容器在2.85 V及以上限压条件下的循环能力，但是牺牲了电容器的内阻和功率密度。降低电流密度可以支持电容器在3 V稳定循环，但此时耐压电解液仅适用于小电流工作场合。

这个研究提醒我们，在开发超级电容器耐压电解液时，必须对大电流工作条件下的产热产气问题引起充分重视。然而目前很多通过扣式电池壳或其他简易模具组装的超级电容器测试载体，其实并不能完全反映出这一问题。

标签：电解液,超级,循环,电容器,耐压,功率密度
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