近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)謝毅團(tuán)隊(duì)吳長(zhǎng)征課題組與劉光明課題組合作，將具有獨(dú)特離子通道的新型兩性凝膠電解質(zhì)用于全固態(tài)超級(jí)電容器，獲得了目前石墨烯基全固態(tài)超級(jí)電容器的最優(yōu)性能。該兩性凝膠電解質(zhì)有望成為全固態(tài)超級(jí)電容器領(lǐng)域中的新型高效電解質(zhì)。該研究成果5月26日在線發(fā)表在Nature Communications,7:11782(2016)上。論文共同第一作者為中國(guó)科大博士生彭旭和碩士生劉慧麗。
面對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求，全固態(tài)超級(jí)電容器作為新型儲(chǔ)能設(shè)備得到了廣泛關(guān)注，而凝膠電解質(zhì)是其中的關(guān)鍵技術(shù)材料。為了實(shí)現(xiàn)全固態(tài)超級(jí)電容器快速充放電和高穩(wěn)定性的需求，發(fā)展兼具高離子電導(dǎo)率、優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度和保水性能等諸多優(yōu)勢(shì)的新型凝膠電解質(zhì)，是當(dāng)前該領(lǐng)域的重要科學(xué)問(wèn)題。其核心在于如何在凝膠電解質(zhì)中構(gòu)建有序離子通道以及理解其內(nèi)在電化學(xué)機(jī)制。
面對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，吳長(zhǎng)征課題組基于兩性凝膠電解質(zhì)PPDP(聚([3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨內(nèi)鹽)有序兩性基團(tuán)形成獨(dú)特的離子通道，應(yīng)用于高效全固態(tài)超級(jí)電容器。同步輻射軟X射線近邊吸收譜證實(shí)了兩性凝膠電解質(zhì)在外加電場(chǎng)的情況下兩性基團(tuán)有序，能夠形成獨(dú)特的離子通道，有利于凝膠電解質(zhì)中鹽離子的傳輸。同時(shí)，每個(gè)兩性基團(tuán)可以和8個(gè)水分子結(jié)合形成水化層，使電解質(zhì)PPDP具有良好的保水特性。構(gòu)建的石墨烯基全固態(tài)超級(jí)電容器，在0.8Acm-3的電流密度下，實(shí)現(xiàn)了300.8Fcm-3的比容量，并且電流密度增大25倍之后，僅有14.9%的比容量損失，達(dá)到了目前石墨烯基全固態(tài)超級(jí)電容器的最優(yōu)值。
該項(xiàng)工作構(gòu)建有序離子通道，為設(shè)計(jì)新型高效能源存儲(chǔ)器件提供了新思路。
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等支持。
兩性凝膠電解質(zhì)在電場(chǎng)下形成離子通道，同時(shí)具有良好的保水性能
