离子液体型双电层电容器在45℃和3 V状态下的长周期运行研究

对覆炭泡沫铝基介孔炭-离子液体双电层电容器在45℃、3 V状态下的长周期运行规律进行了研究。采用覆炭泡沫铝集流体嵌入介孔活性炭形成复合极片,以EMIBF4离子液体为电解液,组成3 cm×5 cm软包,在45℃、3 V状态下研究了长达1500 h充放电的运行规律。结果发现,内阻变化率在10%左右,电容保持率高达98%,远优于有机液体型双电层电容器在2.7 V、65℃状态下的内阻与电容保持效果。还对比了离子液体型双电层电容器在2.7 V、65℃与3 V、45℃下的产气规律,结果表明,介孔炭-离子液体-覆炭泡沫铝型双电层电容器软包可以在3 V、45℃、1500 h条件下稳定工作。研究结果为进一步推进离子液体型双电层电容器的应用提供了坚实基础。

基于离子液体的超级电容在3 V及65℃老化条件下的铝碳界面效应

相比于传统乙腈电解液体系的超级电容器,离子液体基超级电容器具有工作窗口电压高,能量密度大,不可燃等优点,适用于碳中和时代清洁但不稳定电力领域的大规模储能。然而,目前的工作主要集中在对纽扣型离子液体-超级电容器的研究上,有关软包式离子液体-超级电容器的长循环寿命评测的报道较少。构建可靠的超级电容器用于长时间测试或在高温下开展加速老化测试,应考虑集流体/电极界面的良好接触,以最小化电荷转移电阻。本文以包覆不同碳层的泡沫铝为集流体,研究了超级电容器新系统中的碳-铝界面效应。通过环氧树脂薄膜碳化得到的均匀无定形碳层,相比通过PVDF粘附石墨烯碳层,赋予了铝相和碳相更强的相互作用。此外,为了充分挖掘大离子尺寸的离子液体电解液的潜力,本文采用介孔碳电极实现离子在介孔间的快速扩散。因此,本工作首次制备了由介孔碳电极、离子液体电解液和覆碳三维泡沫铝集流体组成的新结构软包式超级电容器。以自制的容量为37 F的不同软包式超级电容器件,通过3 V、65℃、500 h加速老化试验,研究了其时间依赖性的电化学性能,包括CV测试、恒流充放电测试、电容值、接触电阻、电化学阻抗谱等。相比石墨烯包覆的泡沫铝基器件,无定形碳层包覆的泡沫铝基器件表现出更高的电容保持率。此外,我们还对ESR进行了等效电路拟合,并深入分析了接触电阻、电荷转移电阻、韦伯电阻,研究了C-Al界面对高能量密度超级电容器的高性能和稳定性的影响。500小时老化测试前后的极片表征证实了上述结果。高温、高压条件使粘附石墨烯碳层的泡沫铝界面结构不可靠。而泡沫铝表面原位包覆的碳层在老化过程中表现出较强的相互作用和稳定的结构。这些坚实的数据为面向高能量密度、高功率密度和长循环寿命,进一步优化高窗口电压超级电容器提供了充足的信息。