[发明专利]一种超级电容器用复合电解液

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种超级电容器用复合电解液，是以碱性棕或直接黑作为电解液助剂，与KOH溶液形成复合电解液，属于超级电容器电解液助剂领域。

二、背景技术

电解液是具有离子导电性的溶液，为超级电容器的正常工作提供离子，是电容器中重要的组成部分。它主要由溶剂、电解质和添加剂三部分组成，溶剂是水或有机物，电解质多为有机或无机盐，添加剂包括抗氧化剂和稳定剂等。理想的电解液应具备以下特点：(1)电导率要高。(2)电解液本身不应该与电极材料发生化学或电化学反应，且有较高的分解电压。(3)使用温度范围要宽，至少要在-25～70℃的温度范围内均能够稳定工作。(4)对环境污染小，最好是无毒、无味、不易燃烧、配比简单、价格低廉。根据电解液形态不同可将其分为：液态、固体、凝胶电解质三类。

为了进一步提升超级电容器性能的要求，科学家围绕着电解液开展研究，当前的研究主要集中在电解液中的溶剂和电解质方面。电解液中的添加剂方面主要研究领域集中在电解液H₂SO₄中添加KI、KBr、VOSO₄、氢醌、亚甲基蓝、木质素磺酸盐等；电解液KOH中添加K₄Fe(CN)₆、K₃Fe(CN)₆、对苯二胺、邻苯二胺等。就电解液KOH中添加剂而言，主要集中在对苯二胺领域。

C.I.碱性棕5(本发明中简称为碱性棕，结构式如下)为棕红色粉末，可溶于KOH溶液，常用于pH指示剂或沉淀滴定指示剂。在超级电容器的充放电过程中，由于该物质含有4个氨基，在KOH电解液中可以得失4个电子，从而能够大幅度提升超级电容器的电化学性能。

此外，C.I.直接黑19(本发明中简称为直接黑，结构式如下)亦可以作为新颖的氧化还原型电解液助剂，在KOH电解液中可以得失5个电子。

目前，就超级电容器的氧化还原型电解液的活性剂而言，鲜有报道。

三、发明内容

本发明旨在提供一种超级电容器用复合电解液，利用含有氨基的碱性棕(或直接黑)为氧化还原型电解液助剂，与KOH溶液形成复合电解液，能够显著提高超级电容器的电化学性能。

本发明超级电容器用复合电解液是由空白电解液和电解液助剂复配后形成的复合电解液，所述空白电解液为KOH溶液，所述电解液助剂为碱性棕或直接黑。

复合电解液中KOH的浓度为1-10mol/L，电解液助剂的浓度为0.1-30mmol/L，优选范围0.5-15mmol/L。

电化学性能测试：

在三电极体系中，以铂电极(6cm²)为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，按炭材料∶石墨∶聚四氟乙烯乳液的质量比为80:15:5制备的电极为工作电极，本发明制备的复合电解液为工作电解液。采用电化学工作站进行循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等电化学测试。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明提出在电化学测试过程中，在KOH溶液为电解液中添加碱性棕或直接黑作为新型氧化还原型电解液助剂，具有廉价、易得等特点。

2、本发明所得到的复合电解液(KOH溶液为电解液、碱性棕或直接黑作为电解液助剂)组装形成超级电容器，具有比电容高、循环性能好等特点。

3、本发明易于操作、安全可靠、稳定性好，可实现高比能超级电容器的规模化工业生产。四、附图说明

图1是在6mol/L的KOH电解液中，分别添加0(即未添加电解液助剂)、0.5mmol/L碱性棕、2mmol/L碱性棕、5mmol/L直接黑、15mmol/L直接黑作为电解液助剂，以铂电极为辅助电极、饱和甘汞电极为参比电极，炭材料电极为工作电极，通过三电极体系进行电化学测试，所得到的比电容数值随电流密度的变化曲线。实验结果表明，在KOH电解液中添加适量的含有氨基的碱性棕或直接黑作为氧化还原型电解液助剂，可以明显提升超级电容器的电化学性能。

五、具体实施方式

实施例1：

在三电极体系中，以铂电极(6cm²)为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，按炭材料∶石墨∶聚四氟乙烯乳液的质量比为80:15:5制备的电极为工作电极，利用复合电解液为工作电解液。采用电化学工作站进行循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等电化学测试。