一种低温水系锌离子混合电容器高熵电解液

专利2025-04-17  46


本发明涉及低温电解液,特别是涉及一种低温水系锌离子混合电容器高熵电解液。


背景技术:

1、在过去的几十年中,随着能源需求的快速增长,需要新的能源体系来满足各种能源应用,例如便携式电子设备,电动汽车和电网存储。作为绿色能源存储装置,超级电容器和锂离子电池(lib)是目前两种被看好的电化学设备。与lib相比,超级电容器具有较高的比功率(10kwkg-1)和较长的循环寿命,但具有较低的比能量(仅5-10w h kg-1)。通过采用电容器型电极和电池型电极组装的混合电容器,可以有效地提高超级电容器的比能量。因此,使用电池型锌阳极和电容器型活性炭阴极组成的水系锌离子混合电容器是潜在的锂离子电池的替代品,有望在移动设备和电网领域规模应用。

2、尽管水基电解质具有不燃性和快速离子传导性等优点,但它们适用温度范围较窄,在零度的温度下,电解质中的水含量往往会结冰,导致盐沉淀,使电解质界面退化,器件性能降低或丧失。因此,迫切需要通过防止电解质在低温条件下冻结,拓宽水系锌离子混合电容器的工作温度范围。


技术实现思路

1、基于上述内容,本发明提供一种低温水系锌离子混合电容器高熵电解液。本发明通过提高电解液体系的熵值,获得较低的液固转变温度,使水系锌离子混合电容器在低温下正常运行。

2、为实现上述目的,本发明提供了如下方案:

3、本发明技术方案之一,一种低温水系锌离子混合电容器高熵电解液,包括阴离子高熵电解液、阳离子高熵电解液或溶剂高熵电解液。

4、本发明技术方案之二,上述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液在低温水系锌离子混合电容器中的应用。

5、本发明技术方案之三,一种低温水系锌离子混合电容器,电解液采用上述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液。

6、本发明公开了以下技术效果:

7、本发明的高熵电解液不仅降低了电解液的液固转变温度,可获得较好的低温性能;还由于水的存在,获得较好的阻燃效果;同时通过锂、铵、钙、钠或者钾等离子在锌片表面突出部吸附产生静电屏蔽或有机溶剂分子参与锌离子溶剂化而调节锌离子溶剂化层,实现抑制枝晶,延长水系锌离子混合电容器循环寿命。

8、本发明的高熵电解液是具有较高混合熵的电解液,可以降低其液固转变温度,使其在低温下仍保持较高的离子传导率,进而使得水系锌离子混合电容器在低温环境下可以正常工作。



技术特征:

1.一种低温水系锌离子混合电容器高熵电解液,其特征在于,包括阴离子高熵电解液、阳离子高熵电解液或溶剂高熵电解液。

2.根据权利要求1所述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液,其特征在于,所述阴离子高熵电解液通过向水中加入锌盐制得;所述锌盐为四氟硼酸锌、乙酸锌、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌、溴化锌或碘化锌中的至少五种。

3.根据权利要求1所述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液,其特征在于,所述阳离子高熵电解液通过向水中加入乙酸盐或者向水中加入盐酸盐制得;

4.根据权利要求1所述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液,其特征在于,所述溶剂高熵电解液通过向水中加入四氟硼酸锌及共溶剂制得;所述共溶剂为二甲基亚砜、乙二醇、1-甲基-2-吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、乙腈、异丙醇、1,4-二氧六环、三缩四乙二醇或乙二醇二甲醚中的至少四种。

5.根据权利要求2所述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液,其特征在于,所述阴离子高熵电解液的浓度为1-4mol/l。

6.根据权利要求3所述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液,其特征在于,所述阳离子高熵电解液的浓度为1-6mol/l。

7.根据权利要求4所述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液,其特征在于,所述溶剂高熵电解液中四氟硼酸锌的浓度为1-4mol/l;所述共溶剂占所述溶剂高熵电解液体积的40%-80%。

8.如权利要求1-7任一项所述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液在低温水系锌离子混合电容器中的应用。

9.一种低温水系锌离子混合电容器,其特征在于,电解液采用权利要求1-7任一项所述的低温水系锌离子混合电容器高熵电解液。


技术总结
本发明涉及低温电解液技术领域,特别是涉及一种低温水系锌离子混合电容器高熵电解液。该低温水系锌离子混合电容器高熵电解液包括阴离子高熵电解液、阳离子高熵电解液或溶剂高熵电解液。本发明的高熵电解液不仅降低了电解液的液固转变温度,可获得较好的低温性能;还由于水的存在,获得较好的阻燃效果;同时通过静电屏蔽或调节锌离子溶剂化层,实现抑制枝晶,延长水系锌离子混合电容器循环寿命。本发明的高熵电解液是具有较高混合熵的电解液,可以降低其液固转变温度,使其在低温下仍保持较高的离子传导率,进而使得水系锌离子混合电容器在低温环境下可以正常工作。

技术研发人员:张宏伟,张浩男,左丹英,李红军,杜玮,陈伟
受保护的技术使用者:武汉纺织大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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