[发明专利]一种水系电解液与超级电容器

说明书

本发明提供了一种水系电解液与超级电容器，该水系电解液包括葡萄糖、水和无机盐。与现有技术相比，本发明在以无机盐为电解质的水系电解液中添加了葡萄糖，得到的葡萄糖‑水‑盐电解液凝固点相对于水‑盐电解液的凝固点较低，不易冻结，从而使水系电解液在较低的温度下仍具有良好的电化学性能，突破了水系电解液在低温条件下使用的限制；进一步的，本发明优选以高氯酸钠作为电解质，使得到的水系电解液具有较高的导电率、较大的工作温度范围和较宽的电位窗，使水系电解液在低温条件下仍具有较好的性能；另外本发明以葡萄糖为防冻添加剂降低水系电解液的凝固点，葡萄糖是一种环境友好的物质，且来源广泛、廉价易得。

技术领域

本发明属于双电层电容器技术领域，尤其涉及一种水系电解液与超级电容器。

背景技术

随着社会的发展，人们对于可持续性、洁净能源的需求愈发紧迫。电化学超级电容器也叫超级电容器，它是基于电极/溶液界面的电化学反应过程的储能元件。电化学超级电容器的容量为传统电容器的20～200倍，可达法拉级甚至千法拉级。它兼有常规电容器功率密度大和充电电池能量密度高的优点，被认为是一种高效、实用的新型能源。

超级电容器按储能机理可分为两类：采用高比表面积活性炭的电容器，是基于碳电极/电解液界面电荷分离所产生的双电层电容；采用RuO₂等贵金属氧化物做电极的电容器，是在氧化物电极表面及体相中发生的氧化还原反应或欠电位吸附而产生的电容，这种电容被称为法拉第准电容。

双电层电容器是由一对理想极化电极组成，即在所施加的电位范围内并不发生法拉第反应，所有聚集的电荷均用来在电极/溶液界面间建立双电层。根据电容量的公式，双电层电容与电极表面积成正比，与双电层厚度成反比，在强电解质的浓溶液中，双电层厚度的数量级在10^-1nm，通过适当的具有高比表面积的电极材料的选择，例如大于1000m²/g的特定活性炭的使用，可以得到很大的电容量。另外双电层电容的大小还与电极的极化电位有关，通过极化电位的升高可以提高双电层电容量。对理想可极化体系而言，可通过无限提高充电电压而大量储存能量。但对于实际体系却由于电极材料和电解液组成的电极系统的可极化性和溶剂分解的限制，目前充电电压仅为1～4V。

双电层电容器中最常用的电解液为水系电解液与有机电解液，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、价格低廉等优点二成为研究热点之一。但是，水系电解液中水的凝固点至沸点的温度范围较小，使得超级电容器的工作温度范围较小，且易冻结。同时，由于大部分电解质在水中的溶解度随温度的降低而减小，在低温下，水系电解液中的电解质不断析出，电解质的浓度降低，导致电解液导电率下降，电解液不能保持在常温下的良好的电化学性质，从而影响电容器的性能，甚至使电容器不能使用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种水系电解液与超级电容器，该水系电解液具有较低的凝固点，不易冻结，且环保。

本发明提供了一种水系电解液，包括：葡萄糖、水和无机盐。

优选的，所述葡萄糖浓度为0.5～10mol/L。

优选的，所述无机盐为高氯酸钠。

优选的，所述高氯酸钠的浓度为0.5～10mol/L。

优选的，所述无机盐为硫酸钠。

优选的，所述硫酸钠的浓度为0.25～1mol/L。

本发明还提供了一种超级电容器，包括：

正极、介于正极与负极之间的隔膜、负极与水系电解液；

所述水系电解液包括葡萄糖、水和无机盐。

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。