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表面電荷調(diào)控新策略提升碳基水系超級(jí)電容器的能量密度

來(lái)源: X-MOL 2017-07-18 16:08:25

碳基超級(jí)電容器因具有優(yōu)良的快速充放電能力和超長(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性能一直是超級(jí)電容器的一大類(lèi)別，商業(yè)化超級(jí)電容器也開(kāi)始逐步進(jìn)入電子設(shè)備市場(chǎng)。隨著當(dāng)代電子設(shè)備對(duì)超長(zhǎng)續(xù)航能力的需求日漸增強(qiáng)，超級(jí)電容器的能量密度需得到大幅度提升。對(duì)于廉價(jià)、環(huán)保的水系碳基（即以碳材料為電極材料，離子鹽水溶液電解質(zhì)）超級(jí)電容器而言，提升電極的比電容和延展電位窗口是提高其能量密度的兩個(gè)有效途徑。構(gòu)筑具有微孔、介孔、大孔的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)碳材料可提升碳基電極的比電容。這是因?yàn)槲⒖捉Y(jié)構(gòu)可以為離子吸附提供豐富的吸附活性位點(diǎn)，同時(shí)介孔與大孔則可作為離子擴(kuò)散至微孔表面的快速傳輸通道。此外，相比于酸性和堿性水系電解液，中性水系電解液因具有較低的氫離子和氫氧根離子濃度，電極表面析氫和析氧超電勢(shì)較高，可使碳基超級(jí)電容器的工作電壓擴(kuò)展至1.6 V，從而獲得較高的能量密度。

然而對(duì)于水系超級(jí)電容器，整體的工作電壓窗口仍會(huì)受限于水分解反應(yīng)（正極：析氧反應(yīng)；負(fù)極：析氫反應(yīng)）。若任一電極的電勢(shì)先于另一個(gè)電極達(dá)到水分解電勢(shì)，還未開(kāi)始發(fā)生水分解反應(yīng)的電極的部分電位區(qū)間則無(wú)法加以利用。有效開(kāi)發(fā)利用這段電位區(qū)間將有希望極大地提升超級(jí)電容器的能量密度。然而，現(xiàn)階段仍缺乏對(duì)調(diào)節(jié)水系超級(jí)電容器工作電壓的指導(dǎo)理論，而且人們對(duì)超級(jí)電容器中各個(gè)電極的電位仍缺乏認(rèn)識(shí)。如何清楚地探明水系超級(jí)電容器中電極電位的變化規(guī)律，并發(fā)展一種可調(diào)控電極電位的方法具有重要的意義。

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