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

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22116

发电技术 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 213-220.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.22116

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

叶珍珍¹, 陈鑫祺¹, 张抒婷¹, 汪剑¹, 崔超婕¹, 张刚², 张磊³, 钱陆明², 金鹰¹, 骞伟中¹

^1.清华大学化工系，北京市海淀区 100084
^2.中天超容科技有限公司，江苏省南通市 226009
^3.江苏中天碳基材料有限公司，江苏省南通市 226009

收稿日期:2022-07-04 出版日期:2023-04-30 发布日期:2023-04-28
作者简介:叶珍珍(1990)，女，工程师，研究方向为超级电容器开发及应用，772133562@qq.com；
陈鑫祺(1993)，女，助理工程师，研究方向为超级电容器开发及应用，898274159@qq.com；
张抒婷(1996)，女，博士研究生，研究方向为碳材料开发、超级电容器开发及应用，zst18@mails.tsinghua.edu.cn；
汪剑(1994)，男，中级工程师，研究方向为碳材料的工艺开发与产品制备，以及煤化工催化剂的合成制备，1225274588@qq.com；
崔超婕(1987)，女，博士，助理研究员，研究方向为碳材料及其在储能与环保领域的应用，本文通信作者，cuicj06@tsinghua.edu.cn；
张刚(1978)，男，博士，正高级工程师，研究方向为绿色冶金、新能源材料与器件、退役电池梯级利用与回收利用等领域，zhangg@chinaztt.com；
张磊(1989)，男，硕士，中级工程师，研究方向为超级电容器用炭材料及关键设备开发及应用，gxzhanglei@chinaztt.com；
钱陆明(1986)，男，硕士，中级工程师，研究方向为超级电容器器件及模组工艺设计开发及应用，qianlm@chinaztt.com；
金鹰(1968)，男，博士，高级经济师，研究方向为聚酰亚胺膜材料领域，jiny@chinaztt.com；
骞伟中(1971)，男，博士，教授，研究方向为碳材料及复合材料制备、储能与环境处理应用，新型煤化工催化剂及其产业化，多相流反应器技术，qianwz@tsinghua.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(22109085);江苏省科技成果转化专项基金项目(BA2020058)

Long Period Operation of Ionic Liquid Based Electrical Double Layer Capacitor at 45 ℃ and 3 V

Zhenzhen YE¹, Xinqi CHEN¹, Shuting ZHANG¹, Jian WANG¹, Chaojie CUI¹, Gang ZHANG², Lei ZHANG³, Luming QIAN², Ying JIN¹, Weizhong QIAN¹

^1.Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Haidian District, Beijing 100084, China
^2.Zhongtian Supercapacitor Technology Co. , Ltd. , Nantong 226009, Jiangsu Province, China
^3.Jiangsu Zhongtian Carbonmaterial Co. , Ltd. , Nantong 226009, Jiangsu Province, China

Received:2022-07-04 Published:2023-04-30 Online:2023-04-28
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(22109085);Jiangsu Special Foundations for the Science & Technology Transformation(BA2020058)

摘要/Abstract

摘要：

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1 500 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 ℃、1 500 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。

关键词: 储能, 双电层电容器, 离子液体, 覆炭泡沫铝, 介孔炭, 高温老化

Abstract:

The long period operation at 45 ℃ and 3 V of the mesoporous carbon-ionic liquid-carbon covered aluminum foam based electrical double layer capacitor was studied. The composite electrode sheet was formed by embedding mesoporous carbon with carbon-coated aluminum foam, and the 3 cm×5 cm pouch was composed of EMIBF₄ as electrolyte. The operation law of charge and discharge was studied at 45 ℃ and 3 V for 1 500 h. It is found that the internal resistance change rate is about 10%, and the capacitance retention rate is as high as 98%, both of which are far better than those of organic liquid-based electrical double layer capacitor at 2.7 V and 65 ℃. The gas generation of pouches at 2.7 V/65 ℃ and 3 V/45 ℃ was compared. It is proved that the soft package of mesoporous carbon-ionic liquid-carbon-coated aluminum foam based electrical double layer capacitor can work stably at 3 V, 45 ℃ for 1 500 h. It provides a solid foundation for further promoting the application of ionic liquid-based electrical double layer capacitor.

Key words: energy storage, electrical double layer capacitor, ionic liquid, carbon-coated aluminum foam, mesoporous carbon, high temperature aging

中图分类号:

TK 02

叶珍珍, 陈鑫祺, 张抒婷, 汪剑, 崔超婕, 张刚, 张磊, 钱陆明, 金鹰, 骞伟中. 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[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 213-220.

Zhenzhen YE, Xinqi CHEN, Shuting ZHANG, Jian WANG, Chaojie CUI, Gang ZHANG, Lei ZHANG, Luming QIAN, Ying JIN, Weizhong QIAN. Long Period Operation of Ionic Liquid Based Electrical Double Layer Capacitor at 45 ℃ and 3 V[J]. Power Generation Technology, 2023, 44(2): 213-220.

图/表 4

图1 泡沫铝、覆炭泡沫铝、介孔炭、介孔炭填充后的复合电极片的形貌表征

Fig. 1 Morphology characterization of the composite electrode filled with aluminum foam, carbon coated aluminum foam, mesoporous carbon and mesoporous carbon

图2 软包电容性能随时间的变化规律

Fig. 2 Variation of the pouch-type supercapacitor performance with the time

图3 软包在3 V、45 ℃条件下的老化实验

Fig. 3 Aging experiment of pouch at 3 V and 45 ℃

图4 软包产气规律研究

Fig. 4 Study on gas production of the pouch-type supercapacitor

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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

Long Period Operation of Ionic Liquid Based Electrical Double Layer Capacitor at 45 ℃ and 3 V

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