【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】水系超級電容器由于其出色的電容特性、高安全性和環(huán)保性而受到廣泛關注。然而，水窄的電化學穩(wěn)定性窗口(1.23V)降低了器件的儲能能量密度，限制它們的實際應用。
 

　　針對以上問題，李磊教授團隊發(fā)展了一種新的策略，即通過兩性離子功能的甜菜堿調控活性炭和水系電解液的固-液界面性質，以提高器件的工作電壓和電極電荷存儲能力，實現(xiàn)器件能量密度的巨大提升。甜菜堿均勻的包覆在活性炭表面，避免水系電解液和活性炭的直接接觸。一方面，甜菜堿吸附電解液中的水，形成新的氫鍵，破壞水的原始氫鍵，從而降低活性炭附近電解液中水的活性，導致器件的工作電壓從1.0V大幅增加到1.4V。另一方面，甜菜堿對電解液離子的吸附能力比活性炭強，導致器件電容在1Ag-1時由21.35Fg-1大幅增加到27.73Fg-1。它們的協(xié)同作用使超級電容器的能量密度從2.97Whkg-1提高到7.55Whkg-1，增加了接近2.5倍；功率密度從4.54kW kg-1提高到6.82kWkg-1，增加了1.5倍。同時，器件還具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在1.4V和4Ag-1下循環(huán)10，000次后，電容保持率接近100%。除此之外，這種策略還極大地降低了器件的漏電流以及電壓降。
 

　　上述成果以《通過甜菜堿調節(jié)電極/電解質的界面特性增強超級電容器的能量存儲》(Regulating electrode/electrolyte interphase property via betaine to turbo supercapacitor energy storage)為題，于近期發(fā)表在《儲能材料》(Energy Storage Materials)上。西安交通大學材料學院碩士生周笑宇為論文的第一作者，青年教師史曉薇和李磊教授為論文的共同通訊作者。西安交通大學金屬材料強度全國重點實驗室為論文的唯一通訊單位。該工作得到了國家自然科學基金的資助。
 

　　近年來，李磊教授團隊在水系超級電容器電極結構設計及其對電子和電解液離子傳輸?shù)淖饔?Chem.Eng.J.2024, 488,150843;Energy Environ.Mater.2024,7,e12681;Nano Res. 2024，17, 6203; Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1907284; Energy Storage Mater. 2020, 30, 412) 和電解液性質調控方面(Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2417207；Energy Storage Mater. 2023,55,527；J. Energy Chem. 2023, 78, 283)取得了系列進展，實現(xiàn)器件儲能性能的提升，同時保障其在極端溫域內(-60℃至100℃)正常工作，為超級電容器的寬溫域應用提供了可能性。