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表面电荷调控新策略提升碳基水系超级电容器的能量密度

来源: X-MOL 2017-07-18 16:08:25

碳基超级电容器因具有优良的快速充放电能力和超长的循环稳定性能一直是超级电容器的一大类别，商业化超级电容器也开始逐步进入电子设备市场。随着当代电子设备对超长续航能力的需求日渐增强，超级电容器的能量密度需得到大幅度提升。对于廉价、环保的水系碳基（即以碳材料为电极材料，离子盐水溶液电解质）超级电容器而言，提升电极的比电容和延展电位窗口是提高其能量密度的两个有效途径。构筑具有微孔、介孔、大孔的多级孔结构碳材料可提升碳基电极的比电容。这是因为微孔结构可以为离子吸附提供丰富的吸附活性位点，同时介孔与大孔则可作为离子扩散至微孔表面的快速传输通道。此外，相比于酸性和碱性水系电解液，中性水系电解液因具有较低的氢离子和氢氧根离子浓度，电极表面析氢和析氧超电势较高，可使碳基超级电容器的工作电压扩展至1.6 V，从而获得较高的能量密度。

然而对于水系超级电容器，整体的工作电压窗口仍会受限于水分解反应（正极：析氧反应；负极：析氢反应）。若任一电极的电势先于另一个电极达到水分解电势，还未开始发生水分解反应的电极的部分电位区间则无法加以利用。有效开发利用这段电位区间将有希望极大地提升超级电容器的能量密度。然而，现阶段仍缺乏对调节水系超级电容器工作电压的指导理论，而且人们对超级电容器中各个电极的电位仍缺乏认识。如何清楚地探明水系超级电容器中电极电位的变化规律，并发展一种可调控电极电位的方法具有重要的意义。

材料学

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