Ternary Mixtures of Sulfolanes and Ionic Liquids for Use in High-Temperature Supercapacitors

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作者
Stephen Fletcher,Iain Kirkpatrick,R. H. Thring,Roderick Dring,Joshua L. Tate,Harry R.M. Geary,Victoria Jane Black
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:6 (2): 2612-2620 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.7b04117
摘要

Ionic liquids are a natural choice for supercapacitor electrolytes. However, their cost is currently high. In the present work, we report the use of ternary mixtures of sulfolane, 3-methyl sulfolane, and quaternary ammonium salts (quats) as low-cost alternatives. Sulfolane was chosen because it has a high Hildebrand solubility parameter (δH = 27.2 MPa1/2) and an exceptionally high dipole moment (μ = 4.7 D), which means that it mixes readily with ionic liquids. It also has a high flash point (165 °C), a high boiling point (285 °C), and a wide two-electrode (full-cell) voltage stability window (>7 V). The only problem is its high freezing point (27 °C). However, by using a eutectic mixture of sulfolane with 3-methyl sulfolane, we could depress the freezing point to −17 °C. A second goal of the present work was to increase the electrical conductivity of the electrolyte beyond its present-day value of 2.1 mS cm–1 at 25 °C, currently provided by butyltrimethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BTM-TFSI). We explored two methods of doing this: (1) mixing the ionic liquid with the sulfolane eutectic and (2) replacing the low-mobility TFSI anion with the high-mobility MTC anion (methanetricarbonitrile). At the optimum composition, the conductivity reached 12.2 mS cm–1 at 25 °C.
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