[发明专利]一种用于超级电容器的电解液和超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种用于超级电容器的电解液和超级电容器。

背景技术

超级电容器是一种通过极化电解质实现储能的电化学元件，具有高放电比功率、优异的瞬时充放电性能和长循环寿命等优点，可以作为无污染的后备电源用于多种电器设备，也可以与电池共同组成复合电源为电动汽车提供动力。

研究表明，超级电容器的性能主要与所使用的电解液有关，如J.P.Zheng等人研究发现电解液的浓度与电容器的电容、能量密度和功率密度等性能密切相关，电解液浓度越高，其离子导电率也越高，相应的电容器的最大功率密度和能量密度也较高；同时，电解液浓度越高，电容器的最大工作电压也越高(J.P.Zheng，T.R.Jow，The Effect of Salt Concentration in Electrolytes onthe Maximum Energy Storage for Double Layer Capacitors.J Electrochem.Soc.1997，144，2417～2420)。目前电容器电解液主要有以水作为溶剂的水系电解液和以有机物作为溶剂的有机系电解液两大类，其中，水系电解液由于具有较高的导电率、电容器内部阻抗低、电解质分子直径小、价格低廉等优点而成为研究热点之一。

现有技术已经公开了多种无机物作为水系电解液中的电解质，如高浓度硫酸等强酸性物质、氢氧化钾等强碱性物质以及碱金属的硫酸盐、硝酸盐、氯化盐等中性盐，但是强酸、强碱类电解质具有腐蚀性，应用受到限制；而碱金属的硫酸盐、硝酸盐、氯化盐在水中的溶解度都较低，如硫酸钠在20℃的水中的溶解度为19.5g/100g，硝酸钾在20℃的水中的溶解度为31.6g/100g，使得电解液的浓度偏低，通常为0.25M～1M，影响电容器的性能。

高氯酸钠，又名过氯酸钠，化学式为NaClO₄，是无毒无色晶体，常用作分析试剂、氧化剂或用于制作炸药。高氯酸钠在水中的溶解度较大，0℃时的溶解度为167g/100g水，20℃时的溶解度为201g/100g水。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于超级电容器的电解液和超级电容器，以提高电解液的离子导电率，降低电解液的凝固点，提高超级电容器的能量密度和功率密度。

本发明提供了一种用于超级电容器的电解液，溶剂为水，溶质为高氯酸钠；

其中，高氯酸钠的浓度为2M～6M。

优选的，所述高氯酸钠的浓度为3M～5M。

优选的，还包括醇类。

优选的，所述醇类为甲醇、乙醇、乙二醇或丙三醇。

本发明还提供了一种超级电容器，包括：

正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜和电解液；

所述电解液为浓度为2M～6M的高氯酸钠水溶液。

优选的，所述电解液为浓度为3M～5M的高氯酸钠水溶液。

优选的，所述电解液还包括醇类。

优选的，所述醇类为甲醇、乙醇、乙二醇或丙三醇。

优选的，所述正极为碳材料电极。

优选的，所述负极为碳材料电极。

与现有技术相比，本发明以溶解度较高的高氯酸钠为电解质溶解在水中配制电解液，得到浓度为2M～6M的电解液。高浓度高氯酸钠水溶液的离子导电率较高，且高氯酸钠在低温下不易析出，高氯酸钠水溶液凝固点较低，能够适应低温的工作环境。同时，高氯酸钠水溶液中，钠离子为强碱离子，抗还原性比较强，高氯酸根离子为强酸离子，抗氧化性比较强，因此，高氯酸钠水溶液具有较宽的电位窗，电化学性能较好。本发明以浓度为2M～6M的高氯酸钠水溶液作为电解质的超级电容器具有较高的离子导电率，在充放电时容量衰减缓慢，能量密度和功率密度较高。此外，本发明提供的电解液和超级电容器制备工艺简单、原材料价格低廉、便于操作，降低了生产成本和使用成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的超级电容器电极的扫速-比电容曲线图；

图2为本发明实施例提供的超级电容器电极的ragone plot曲线图；

图3为本发明实施例提供的电解液浓度为3M的超级电容器的恒流充放电测试曲线图；

图4为本发明实施例提供的电解液浓度为5M的超级电容器的恒流充放电测试曲线图。

具体实施方式