本刊推荐 | 山东理工大学赵金平课题组:电解质杂化效应衍生的高性能水系超级电容器

文摘   2024-09-06 11:30   福建  


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该论文以三氟甲烷磺酸四甲基铵盐为原型,通过与双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、水和乙腈的杂化策略,设计出了一种适用于高性能超级电容器的水系电解质。

背景介绍
超级电容器因其高的功率密度、长的循环寿命和快速充/放速率而广泛应用于新能源设备、能量回收系统和智能电网中。但是,基于水系电解质的碳基超级电容器面临着窄的电压窗口和短的循环寿命。近年来“盐包水”电解质在拓宽电化学窗口方面取得了重要进展,但是高性能碳基超级电容器的应用仍缺乏电压窗口高达2.5 V且循环寿命长达5,0000次循环的水系电解质。

研究出发点

电解质杂化是约束溶剂分解的一种有效策略,杂化电解质中的有机溶剂可以对水进行初步的约束,杂化电解质中的共溶质会对电解质中的自由溶剂进行进一步的约束。在这种共溶质/共溶剂的双重约束下,杂化电解质可输出宽的电化学稳定窗口。


图文解析
图1  杂化电解质的电化学稳定窗口、导电性及粘度

图2  杂化电解质的接触角和可燃性分析

图3  杂化电解质的红外、拉曼和核磁图谱

图4  杂化电解质基超级电容器的电化学性能

图5  杂化电解质基超级电容器的常温综合性能

图6  杂化电解质基超级电容器的低温电化学性能


总结与展望

(1)杂化电解质中乙腈对水的约束作用破坏了自由水分子之间的连续氢键,初步拓宽了水系电解质的电化学稳定窗口。

(2)杂化电解质中LiTFSI对自由乙腈和自由水的作用,进一步约束了自由溶剂的分解,使杂化电解质最终输出高达3.35 V的电化学稳定窗口。

(3)电解质的杂化效应最终使超级电容器输出2.5 V的电压窗口以及长达47,000次的循环寿命。


关于本文
引用格式:
马世花, 尹起, 赵金平. 电解质杂化效应衍生的高性能水系超级电容器[J]. 电化学(中英文), 2024, doi: 10.61558/2993-074X.3481.

Shihua Ma, Qi Yin, Jinping Zhao. Aqueous Supercapacitors with Wide Operative Voltage Window and Long Cycling Life Enabled by Electrolyte Hybridization Effect[J]. Journal of Electrochemistry, 2024, doi: 10.61558/2993-074X.3481.

DOI:

10.61558/2993-074X.3481

https://electrochem.xmu.edu.cn/CN/10.61558/2993-074X.3481

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