來源：《中國科學報》第3版 綜合
發(fā)布時間：2024-02-01
本報訊（見習記者孫丹寧）近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員吳忠?guī)泩F隊和大連交通大學教授王韶旭團隊合作，在低溫高壓水系/有機混合電解液開發(fā)方面取得新進展。他們開發(fā)出一種具有寬電化學穩(wěn)定窗口、耐低溫、低成本的混合電解液，構(gòu)筑出耐低溫、高性能微型超級電容器。相關成果發(fā)表于《先進功能材料》。
水系電解質(zhì)具有本征安全的特性。因此，水系微型儲能器件在便攜式微型電子設備和規(guī)模化儲能等領域具有廣闊的應用前景。然而，由于水系電解液的電化學穩(wěn)定窗口過窄，會出現(xiàn)易結(jié)冰等問題，導致該體系儲能器件能量密度較低，低溫下電化學性能衰減嚴重。高濃鹽電解液的應用有效拓寬了水系電解質(zhì)的電化學穩(wěn)定窗口，并且具有優(yōu)異的抗凍性能，但是，其應用受到了鹽溶解度低和成本高的限制。此外，高濃鹽電解液通常存在黏度高和離子電導率低等問題。
本工作中，科研人員通過在水系電解液中引入CaCl2和乙二醇添加劑，獲得了一種中等濃度的寬電位窗口、耐低溫電解液。實驗和理論分析表明，CaCl2的引入可最大限度減少具有強氫鍵的水分子數(shù)量，而乙二醇的添加則可減少鈣離子第一溶劑化殼層中水分子的數(shù)量，并破壞水分子之間形成的氫鍵網(wǎng)絡，從而使設計的混合電解液具有3.5V的寬電化學穩(wěn)定性窗口和低于-120℃的凝固點。此外，研究發(fā)現(xiàn)，基于此電解液所構(gòu)筑的微型超級電容器可提供1.6V的高電壓，在-40℃時的容量保持率是室溫下的62%，并且具有優(yōu)異的循環(huán)性能，在此溫度下運行2萬圈后，容量保持率仍達98.5%。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202313395?
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