【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化物能源催化轉(zhuǎn)化全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組(508組)吳忠?guī)浹芯繂T、周鋒副研究員團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成會明院士團(tuán)隊(duì)合作，在低溫電化學(xué)儲能研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)提出了一種溫度不敏感的“強(qiáng)—弱配位溶劑化”電解液設(shè)計(jì)策略，并將其與富介孔碳電極材料設(shè)計(jì)策略相結(jié)合，開發(fā)出了適用于超低溫(−80 °C)的雙電層電容器。
 

　　隨著電化學(xué)儲能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，極端條件(例如極低溫度)下的電化學(xué)性能衰退乃至失效等問題亟待解決。相較于鋰離子電池在低溫下面臨的緩慢離子傳輸動力學(xué)及枝晶生長導(dǎo)致的壽命衰減等問題，雙電層電容器(EDLCs)基于離子物理吸附/脫附的儲能機(jī)理，有望克服電化學(xué)儲能器件的低溫應(yīng)用瓶頸。然而，其性能受限于電解液凝固點(diǎn)高、離子電導(dǎo)率低、電化學(xué)穩(wěn)定性差，以及電極材料內(nèi)離子傳輸受限等挑戰(zhàn)。
 

　　在本工作中，團(tuán)隊(duì)選用乙腈作為強(qiáng)配位溶劑，以削弱離子液體中陰陽離子間的相互作用，提高體系的離子電導(dǎo)率；同時(shí)，選用具有超低凝固點(diǎn)與高電化學(xué)穩(wěn)定性的弱配位稀釋劑——1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚作為“外部屏蔽層”，以降低體系凝固點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了電解液在耐高壓、高離子電導(dǎo)率與超低凝固點(diǎn)方面的兼容。在電極材料方面，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了富含介孔的活性炭，以促進(jìn)離子在低溫下的快速傳輸，進(jìn)而減輕因孔道傳輸受限所導(dǎo)致的電容損失�；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)構(gòu)建的雙電層電容器在−80 °C與4.5 V電壓下實(shí)現(xiàn)了104.5 Wh·kg-1的能量密度，10000次循環(huán)后容量保持率為89.5%；此外，300 F軟包雙電層電容器在25 °C至−80 °C范圍內(nèi)可穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步驗(yàn)證了其實(shí)際應(yīng)用潛力。該工作不僅驗(yàn)證了一種可行的電解液—電極協(xié)同設(shè)計(jì)策略，也為極端低溫下電化學(xué)儲能器件的應(yīng)用提供了參考。
 

　　上述研究成果以“An Electric Double-layer Capacitor with High Performance at -80 °C”為題，于近日發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)上。該成果的第一作者是508組博士研究生劉浩鋒。上述工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 劉浩鋒、周鋒)