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3.2 电解液概述

电解质在电化学超级电容器(Electrochemical Supercapacitor,ES)的整体性能中起着重要的作用。它们对双层膜的形成和孔隙对电解质离子的可达性起着至关重要的作用。正常情况下,电解质电极间的相互作用和电解质的离子电导率对内阻起着重要作用。电解液在不同单元工作温度下的稳定性差,以及在高速率下的化学稳定性差,会进一步增加ES内部的电阻,降低循环寿命 [14]

具有高化学和电化学稳定性的电解质允许更大的电位窗,而不会破坏性能特性。为保证ES的安全运行,电解质材料应具有低挥发性、低易燃性、低腐蚀电位。表3-1、表3-2和表3-3显示了不同电解质的范围,以及几个重要操作特性。在选择电解质时,每种溶剂都表现出不同程度的离子相容性、电压稳定性、大小和反应关系。固体聚合物电解质正变得越来越受欢迎,因为它减少了泄漏的担忧且具有更大的潜力。

表3-1 有机和无机电解质的可用离子源

① 水合离子的斯托克斯直径;

② 聚碳酸酯(Poly Carbonate,PC)的直径,取决于所用溶剂。

表3-2 ES可用有机溶剂和水溶剂的基本性质

表3-3 各种电解质溶液在室温下的电阻和电压

EC中的电压受到单元内部材料在较高电压下击穿的限制。因此,电位必须保持在一个特定的范围内。在实验中,在低电压或高电压下的副反应的演化可以被看作是电压谱两端急剧漂移的电流尾巴。通过控制电势窗,可以在所利用的电势谱的两端避免由于分解而产生的氧化还原反应(见图3-1)。

图3-1 稳定铂电极测试中各种电解质的气体析出

图3-1中显示了当三电极单元使用大窗口时,通过水分解产生的氧化还原反应。分解电位取决于电解质及其与溶剂和电极材料的相互作用。在某些情况下,可以利用稳定剂来防止分解反应和增加电位。这一概念将在本章的具体材料中进行更详细的讨论。在测试和设计单元以优化性能和循环寿命时,要考虑分解的影响。 8a1H/1+Qpr3+KoTqzceUXdx0+jS+gZPxXB6OV0hBOhv4clKf1jpF/hQVhHnQxSVo

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