[發明專利]一種水系電解液與超級電容器

有效

• 申請號: 201410224920.1
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN105280397B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 王宏宇;高繼超;齊力
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01G11/64
• 分類號: H01G11/64;H01G11/62
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種水系電解液與超級電容器，該水系電解液包括葡萄糖、水和無機鹽。與現有技術相比，本發明在以無機鹽為電解質的水系電解液中添加了葡萄糖，得到的葡萄糖?水?鹽電解液凝固點相對于水?鹽電解液的凝固點較低，不易凍結，從而使水系電解液在較低的溫度下仍具有良好的電化學性能，突破了水系電解液在低溫條件下使用的限制；進一步的，本發明優選以高氯酸鈉作為電解質，使得到的水系電解液具有較高的導電率、較大的工作溫度范圍和較寬的電位窗，使水系電解液在低溫條件下仍具有較好的性能；另外本發明以葡萄糖為防凍添加劑降低水系電解液的凝固點，葡萄糖是一種環境友好的物質，且來源廣泛、廉價易得。

技術領域

本發明屬于雙電層電容器技術領域，尤其涉及一種水系電解液與超級電容器。

背景技術

隨著社會的發展，人們對于可持續性、潔凈能源的需求愈發緊迫。電化學超級電容器也叫超級電容器，它是基于電極/溶液界面的電化學反應過程的儲能元件。電化學超級電容器的容量為傳統電容器的20～200倍，可達法拉級甚至千法拉級。它兼有常規電容器功率密度大和充電電池能量密度高的優點，被認為是一種高效、實用的新型能源。

超級電容器按儲能機理可分為兩類：采用高比表面積活性炭的電容器，是基于碳電極/電解液界面電荷分離所產生的雙電層電容；采用RuO₂等貴金屬氧化物做電極的電容器，是在氧化物電極表面及體相中發生的氧化還原反應或欠電位吸附而產生的電容，這種電容被稱為法拉第準電容。

雙電層電容器是由一對理想極化電極組成，即在所施加的電位范圍內并不發生法拉第反應，所有聚集的電荷均用來在電極/溶液界面間建立雙電層。根據電容量的公式，雙電層電容與電極表面積成正比，與雙電層厚度成反比，在強電解質的濃溶液中，雙電層厚度的數量級在10^-1nm，通過適當的具有高比表面積的電極材料的選擇，例如大于1000m²/g的特定活性炭的使用，可以得到很大的電容量。另外雙電層電容的大小還與電極的極化電位有關，通過極化電位的升高可以提高雙電層電容量。對理想可極化體系而言，可通過無限提高充電電壓而大量儲存能量。但對于實際體系卻由于電極材料和電解液組成的電極系統的可極化性和溶劑分解的限制，目前充電電壓僅為1～4V。

雙電層電容器中最常用的電解液為水系電解液與有機電解液，其中水系電解液由于具有較高的導電率、電容器內部阻抗低、電解質分子直徑小、價格低廉等優點二成為研究熱點之一。但是，水系電解液中水的凝固點至沸點的溫度范圍較小，使得超級電容器的工作溫度范圍較小，且易凍結。同時，由于大部分電解質在水中的溶解度隨溫度的降低而減小，在低溫下，水系電解液中的電解質不斷析出，電解質的濃度降低，導致電解液導電率下降，電解液不能保持在常溫下的良好的電化學性質，從而影響電容器的性能，甚至使電容器不能使用。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種水系電解液與超級電容器，該水系電解液具有較低的凝固點，不易凍結，且環保。

本發明提供了一種水系電解液，包括：葡萄糖、水和無機鹽。

優選的，所述葡萄糖濃度為0.5～10mol/L。

優選的，所述無機鹽為高氯酸鈉。

優選的，所述高氯酸鈉的濃度為0.5～10mol/L。

優選的，所述無機鹽為硫酸鈉。

優選的，所述硫酸鈉的濃度為0.25～1mol/L。

本發明還提供了一種超級電容器，包括：

正極、介于正極與負極之間的隔膜、負極與水系電解液；

所述水系電解液包括葡萄糖、水和無機鹽。

優選的，所述正極為碳材料電極。

優選的，所述負極為碳材料電極。