超级电容器离子液体电解质的最新研究进展

室温离子液体是一类由于阴、阳离子极不对称和空间阻碍，导致离子静电势较低，完全由离子组成的液态物质，简称为离子液体。三氯化铝和卤化乙基吡啶离子液体是第一代室温离子液体；S.John等合成出电化学稳定性更好的二烷基咪唑阳离子盐后，离子液体迅速成为研究热点。

超级电容器的比能量比锂离子电池低，在保持高比功率的同时，提高比能量是急需解决的问题。提高单体超级电容器的比能量，需要在提高工作电压的同时，提高比电容。工作电压与电解液的分解电压有关。目前，超级电容器的电解液主要有水系和有机系两种。水系电解液为硫酸溶液或氢氧化钾溶液，腐蚀性较强，且制备的单体超级电容器的工作电压低(只有约1V)。有机系电解液为四氟硼酸四乙基铵盐等电解质的有机溶液，制备的单体超级电容器的工作电压在2.5V以上；但存在有机溶剂易挥发、电导率和工作电压提高困难、有安全隐患及对环境有影响等问题。

离子液体可直接作为超级电容器的液态电解质，也可溶于有机溶剂中作为电解质盐，还可引入固体聚合物电解质，以改善相关性能。

1液态电解质

离子液体的阴离子主要由二(三氟甲基磺酰)亚胺(TFSI-)、BF4-和PF6-等构成。离子液体的阳离子主要由咪唑类、吡咯类及短链脂肪季胺盐类等有机大体积离子构成。

1.1咪唑类离子液体

咪唑类离子液体的黏度低、电导率高。自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIBF4)后，咪唑类离子液体发展迅速。

1-丁基-3-甲基咪唑类(BMI+)离子液体由于黏度低、电导率相对较高，易合成，得到了广泛的研究。B.Andrea等用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIPF6)和1-丁基3-丁基咪唑四氟硼酸盐(BMIBF4)作为活性炭(AC)/聚三甲基噻吩(pMeT)混合电容器的电解液。与有机电解液(PC-EtNBF4)电容器相比，离子液体电容器在60℃时的比能量、功率密度及电流效率较高。

高黏度是离子液体走向工业化应用的主要障碍之一。在低温下具有相当高的电导率和低黏度的1-乙基-3-甲基咪唑氟化盐(EMIF2.3HF)用于超级电容器电解质的研究较多。U.Makoto等用EMIF2.3HF作为电解液，与1mol/LEt3MeNBF4/PC电解液进行对比实验。在25℃下，前者的电导率可达100mS/cm，后者为13mS/cm。采用EMIF2.3HF离子液体的超级电容器，内阻相对较低(在水系和有机系电解液之间)，电容即使在低温时都高于常见的EMIBF4离子液体超级电容器。EMIF2.3HF的分解电压仅为2V左右，导致能量密度过低；在70℃以上时，循环性能和热稳定性能(约77℃开始失重)不理想，再加上HF的毒性，作为工业电解质的应用受到限制。

为了进一步提高咪唑类离子液体电解质的电导率，并降低黏度，同时保持较高的电化学窗口，咪唑类离子液体结合疏质子有机溶剂PC和EC作为混合电解液得到了较多的研究。

A.B.McEwen等将2mol/L的EMIPF6溶解于AN中，作为超级电容器电解液，最高电导率可达60mS/cm。咪唑类离子液体除了对阴、阳离子的选择外，阳离子的取代和阴离子的氟化也得到了一定的研究。从阳离子的取代来看，EMI+咪唑环上2号位上的H活性比较强，当H被稳定性较强的烷基取代后，离子液体的稳定性也得到了增强。