用于离子液体电解质中高性能超级电容器的银咪唑基电极

《ChemistrySelect》：Silver Imidazolium Moiety Electrode for High-Performance Supercapacitors in Ionic Liquid Electrolytes

　　

摘要

本文介绍了三种新型咪唑鎓化合物的合成及其在超级电容器应用中的电化学性能评估——1,1'-二乙基-3,3'-亚甲基二咪唑鎓二碘化物（化合物1）、1,1'-二乙基-3,3'-亚甲基二咪唑鎓双(四氟硼酸盐)（化合物2）以及1,1'-二乙基-3,3'-亚甲基二咪唑鎓银(I)三碘化物（化合物3）。化合物1通过烷基化反应合成，化合物2则是通过与AgBF₄进行阴离子交换得到，而化合物3则是通过与Ag₂O形成络合物制得。在与MoS₂电极配合使用时，化合物2的表现优于常用电解质BMIMCl，其比电容更高（分别为35.53 F/g和16.78 F/g）。作为电极材料并在1?M H₂SO₄及1?M BMIMCl介质中测试时，化合物3在BMIMCl介质中的比电容最高，为11.54 F/g，显示出更好的兼容性。在BMIMCl介质中进行循环伏安法测试时，该化合物的充电阶段b值为0.6，放电阶段为0.53，表明其电荷存储机制以赝电容为主。在1?M BMIMCl介质中，化合物3在2 A/g的电流密度下具有55.68 F/g的比电容，经过6200次循环后电容保持率仍为98.14%，库仑效率高达96.82%。该电化学装置的可输出功率密度在150.06–748.36?Wh/kg之间，而能量密度则随着电流密度的增加从11.4?Wh/kg下降到1.9?Wh/kg。在0.05?M化合物2电解液中，MoS₂电极在8 A/g的电流密度下也能达到15.63 F/g的比电容，这一数值优于在BMIMCl介质中的11.02 F/g。

图形摘要

本研究介绍了几种专为超级电容器应用而设计的新型咪唑鎓基化合物的合成与性质研究。化合物1和2（即1,1′-二乙基-3,3′-亚甲基二咪唑鎓碘化物和1,1′-二乙基-3,3′-亚甲基二咪唑鎓四氟硼酸盐）可作为高效的离子液体电解质，而化合物3这种银-咪唑鎓络合物则被用作先进的电极材料。电化学测试结果显示，这些化合物具有出色的比电容，因此在具有宽电化学窗口的储能系统中具有巨大应用潜力。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

数据可用性说明

本研究的相关数据可在合理请求下向通讯作者获取。本研究所分析的化合物结构对应的晶体学数据已存放在剑桥晶体学数据中心（CCDC），其编号分别为2413660和2413663。这些数据可通过CCDC网站免费获取（网址：www.ccdc.cam.ac.uk/structures）。