水电解质因其低成本、低利用率而得到广泛的应用。离子来源包括氢氧化钾、氯化钾和硫酸。水电解质在新型ES材料的开发阶段应用最为广泛。这是由于几个关键因素,包括高离子电导率、高迁移率和低危害水平。此外,水性电解质可以在开放的环境中使用,不像有机电解质那样需要无水环境。
碱、盐和酸电解质的范围使电极材料的设计更容易,这些材料需要特定的离子相互作用机制,以获得最佳性能,并通过不耐腐蚀的氧化还原反应避免集电极腐蚀。例如,氯化钾(KCl)是一种安全的、离子导电的中性盐,具有易于处理的特性。采用氯化钾电解液和玻碳板作为集流器进行试验,效果良好,安全可靠。然而,氯离子会攻击大量的金属。这就排除了低成本的金属箔,如不锈钢、镍和铝用于收集电流。
水电解质的缺点包括腐蚀和低稳定性电位窗(Δ U )问题,影响单元性能和稳定性。系统中的酸性或碱性pH条件会导致收集器和包装老化材料的腐蚀 [15] 。腐蚀反应会降低系统性能,降低循环寿命。相反,由于水的电压稳定性较差,水电解质表现出水的分解作用,在低电位(约0V)时产生氢气,在高电位范围(约1.2V)时产生氧气。
单元破裂会威胁自身安全,缩短生命周期。水电解质系统必须采取预防措施,以限制电压增益,以避免破裂。因此,大多数水体系的电势窗被限制在1V左右。电晶体的低电压稳定性极大地限制了电晶体的能量和功率密度。相反,表3-3中所示的水溶性电解质的较高离子电导率和迁移率可转化为ES的最佳电容和较低的内部单元电阻。