[发明专利]用于减小电化学双层电容器中的ESR增益的添加剂

说明书

在本文中描述了包括烷基化剂或芳基化剂的双电层电容器(EDLC)。烷基化试剂或芳基化试剂包含式I的化合物：R‑X(I)，其中本文描述了R和X。

相关申请的交叉引用

此申请要求2015年1月26日提交的题目为“ADDITIVES FOR REDUCING ESR GAININ ELECTROCHEMICAL DOUBLE LAYER CAPACITORS”的美国申请序列号14/605,114的优先权，其公开内容通过引用以其整体并入本文。

背景技术

本公开内容涉及双电层电容器(EDLC)，其包括能够清除在EDLC工作期间产生的亲核物质的烷基化剂或芳基化剂添加剂。电容器典型地用作电路部件，其能够静电地保持电荷，并迅速将其放出。EDLC(还被称为超电容器或超级电容器)是一种类型的电容器，其具有由离子可渗透膜(分隔体)分隔的两个电极和电连接两个电极的电解质溶液。

虽然EDLC典型地具有比传统的蓄电池低的能量密度，但是它们经常可具有高得多的功率密度。例如，一些EDLC可具有比传统的蓄电池高达100倍高的功率密度。这允许它们用于许多商业应用例如电动汽车或混合动力汽车。

目前的EDLC的一个缺点是由于电池的正常运行，可在电解质溶液中产生亲核物质。例如，源自EDLC电解质溶液内外来水的痕量氢氧根离子可通过霍夫曼消除机制与氯化四乙铵反应从而产生三乙胺。三乙胺或其他因此产生的亲核物质可然后进一步在电池内反应并妨碍EDLC的正常运行。

概述

本公开内容涉及包括EDLC的系统、装置和方法，该EDLC具有能够清除在EDLC工作期间产生的亲核物质的烷基化剂或芳基化剂添加剂。在一些实施方案中，电化学双层电容器包括阴极、阳极、分隔体、电解质和添加剂，该添加剂包含式I的化合物：

R-X (I)

在一些实施方案中，R可为饱和烷基、不饱和烷基、饱和支链烷基、不饱和支链烷基、芳基、杂芳基、取代的芳基或取代的烷基，并且X可为I、Br、Cl、-SO₂F、-SO₂CF₃、-OCH₃、-N(SO₂F)₂、-N(SO₂CF₃)₂、-N(CN)₂、-Si(CH₃)₃、-O-S(O)₂-OCH₃、-S(O)₂-O-CF₃或甲苯磺酸酯基。在该电化学双层电容器中该式I的化合物的浓度小于约10体积％。

附图简要描述

图1显示对于具有添加至电解质的0％和1％(v:v)三乙胺的4.4F袋状电池(pouchcell)而言的充电和放电曲线。

图2显示对于具有添加至电解质的0％和1％(v:v)N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methylpyrrolidine)的4.4F袋状电池而言的充电和放电曲线。

图3显示对于具有添加至电解质的0％、0.5％和1％(v:v)三乙胺的4.4F袋状电池而言的ESR增益。

图4显示对于具有添加至电解质的0％、0.5％和1％(v:v)N-甲基-2-吡咯烷酮的4.4F袋状电池而言的ESR增益。

图5显示对于具有添加至电解质的0％、0.5％和1％(v:v)三乙胺的4.4F袋状电池而言的电容保持。

图6显示对于具有添加至电解质的0％、0.5％和1％(v:v)N-甲基-2-吡咯烷酮的4.4F袋状电池而言的电容保持。