【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解液制备和电化学储能，涉及一种宽温程质子导电电解液的制备方法、电解液及应用。
技术介绍
1、考虑到安全问题、环境影响和成本等方面，使用水性电解液的电化学能量储存体系为大规模能源存储提供了一种有前景的解决方案(nat.mater.2017,16(8),841-848；nat.energy 2019,4(2),123-130)。特别是，由于质子通过grotthuss机制的扩散速率极快，因此在酸性电解液中质子传导可以改善电极反应的动力学(adv.energy mater.2020,10(28),2000968)。即使在低于酸性电解液冰点的温度下，质子传输仍可能通过冰晶内的离子传输通道进行(angew.chem.int.ed.2019,58(36),12569-12573)。
2、因此，很多研究者致力于水性电解液的性能提升和应用研究，其中专利文件cn116825553a充分研究了酸性电解液的防冻能力，但其适用温度范围为-45-55℃，适用温度范围仍然较窄，而且，忽视了电解液的电热稳定性。然而，电热稳定性对于在高温下工作的电化学能量储存体系至关重要。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种宽温程质子导电电解液的制备方法、电解液及应用，以磷酸为电解质，以乙二醇和水为混合溶剂，不但制备方法简单可靠，而且可以通过调控乙二醇在混合溶剂中的体积分数，调控电解液的电化学稳定窗口、电热稳定性和电导率，提升其性能和适用性，在应用于水基电化学储能器件时，可以在-6
2、本专利技术的技术方案提供了一种宽温程质子导电电解液的制备方法，步骤如下：
3、a.将干燥的磷酸溶解在乙二醇和水的混合溶剂中，密封，待磷酸全部溶解后，得宽温程质子导电电解液。
4、步骤a中所述的磷酸为固体磷酸。
5、步骤a中所述磷酸，其中，磷酸在电解液中的质量分数为50-60wt％，优选为52wt％。
6、步骤a中所述的水为蒸馏水。
7、步骤a中所述乙二醇和水，其中，乙二醇在混合溶剂中的体积分数为10-45vol％，优选为30vol％。
8、本专利技术还提供上述方法制备的宽温程质子导电电解液。
9、本专利技术还提供所述宽温程质子导电电解液的应用，用于使水基电化学储能器件在全温度范围内正常工作的电解液。
10、本专利技术还提供了采用上述宽温程质子导电电解液的gan基对称式电化学电容器、钛氧化物基对称式电化学电容器。
11、有益效果
12、1、本专利技术提供的一种宽温程质子导电电解液的制备方法，以磷酸为电解质，以乙二醇和水为混合溶剂，制备方法简单；通过控制混合溶剂中乙二醇的体积分数，可以调控电解液的电化学稳定窗口、电热稳定性和电导率。
13、2、本专利技术提供的宽温程质子导电电解液以磷酸为电解质，以乙二醇和水为混合溶剂，增强了电解液的电热稳定性，乙二醇和h3po4物种之间的强相互作用，使得单个成分的化学环境发生变化，从而导致两个和/或更多物种的联合反应，h3po4和乙二醇对水的约束可以打破水分子之间的氢键网络，从而增强抗冻性，扩大温度适用范围，实现在-60到120℃的宽温程范围内正常工作。
14、3、本专利技术提供的宽温程质子导电电解液在设定析氧反应起始电流为0.06ma的情况下，电化学稳定窗口(esw)均高于1.6v，明显高于未添加乙二醇的情况，而且在120℃下，乙二醇在混合溶剂中的体积分数为30vol％和45vol％的情况下，在约1v的窗口内均能呈现出较为平坦的lsv曲线，本专利技术提供的宽温程质子导电电解液的电热稳定性得到了明显增强。
15、4、本专利技术提供的宽温程质子导电电解液能使水基电化学储能器件在-60到120℃的宽温程范围内正常工作，这一温度范围是目前为止水基电化学储能器件最宽的操作温度窗口。
16、5、本专利技术提供的宽温程质子导电电解液能显著改善氮化镓基和钛氧化物基电化学电容器(又称为超级电容器)的倍率性能。在电流密度大于20ma cm-2时，采用乙二醇在混合溶剂中的体积分数为30vol％和15vol％的电解液的gan基电化学电容器的室温放电比容量得到了显著提高，在-60℃和120℃下，放电比容量得到了明显增强，尤其是采用乙二醇体积分数为30vol％电解液的情况下。本专利技术提供的宽温程质子导电电解液的室温电容保持率是未加入乙二醇电解液的3倍以上，在-60℃下仍然能够在电流密度为5ma cm-2的情况下工作。在高电流密度(50ma cm-2)下，采用乙二醇在混合溶剂中的体积分数为30vol％和15vol％的电解液的钛氧化物基电化学电容器，具有更优越的倍率性能，容量保持率相对于未添加乙二醇的情况，分别提高了24％和16.6％。
17、6、本专利技术提供的宽温程质子导电电解液对电极的渗透性更强，明显提高了电极的润湿性，而且水合质子更容易在电极/电解液内赫姆霍兹界面处吸附并形成双电层，从而提高了电化学电容器的倍率性能。
18、7、使用本专利技术提供的宽温程质子导电电解液的电化学电容器可以输出1.6v的电压，比能量得到了显著提高，采用本专利技术提供的乙二醇体积分数为30vol％电解液的电化学电容器，在比功率为0.8mw cm-2和80mw cm-2时，其室温比能量分别为74.3μw h cm-2和26.7μw h cm-2，明显高于未添加乙二醇的情况。
19、8、使用本专利技术提供的宽温程质子导电电解液的电化学电容器，连续改变电流密度循环13,000圈后，电化学电容器在-60、25和120℃条件下的容量保持率分别为98.6％、97.7％和88.1％，具有优异的电化学性能，能够在极端环境下可靠地工作。
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1.一种宽温程质子导电电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的宽温程质子导电电解液的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的宽温程质子导电电解液的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的宽温程质子导电电解液的制备方法，其特征在于，
5.一种宽温程质子导电电解液，其特征在于，采用上述权利要求1至4中任一项所述的宽温程质子导电电解液的制备方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的宽温程质子导电电解液，其特征在于，在设定析氧反应起始电流为0.06mA的情况下，电解液的电化学稳定窗口(ESW)均高于1.6V。
7.一种宽温程质子导电电解液的应用，其特征在于，用于在全温度范围内工作的水基电化学储能器件。
8.一种GaN基对称式电化学电容器，其特征在于，采用上述权利要求5或6所述的宽温程质子导电电解液。
9.一种钛氧化物基对称式电化学电容器，其特征在于，采用上述权利要求5或6所述的宽温程质子导电电解液。
【技术特征摘要】
1.一种宽温程质子导电电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的宽温程质子导电电解液的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的宽温程质子导电电解液的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的宽温程质子导电电解液的制备方法，其特征在于，
5.一种宽温程质子导电电解液，其特征在于，采用上述权利要求1至4中任一项所述的宽温程质子导电电解液的制备方法制备得到。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：盖利刚，周楷，陈鑫成，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：
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