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摘要水系電解質(zhì)具有本征安全的特性,因此水系微型儲能器件在便攜式微型電子設(shè)備和規(guī)模化儲能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日,大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組(508組)吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊和大連交通大學(xué)王韶旭教授團(tuán)隊合作,在低溫高壓水系/有機混合電解液開發(fā)方面取得新進(jìn)展,開發(fā)出了一種具有寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口、耐低溫、低成本的混合電解液,構(gòu)筑出耐低溫高性能微型超級電容器
 
  水系電解質(zhì)具有本征安全的特性,因此水系微型儲能器件在便攜式微型電子設(shè)備和規(guī)模化儲能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于水系電解液的電化學(xué)穩(wěn)定窗口過窄,以及較高凝固點引起的易結(jié)冰等問題,導(dǎo)致該體系儲能器件能量密度較低,低溫下電化學(xué)性能衰減嚴(yán)重,限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。高濃鹽電解液的應(yīng)用有效拓寬了水系電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定窗口,并且具有優(yōu)異的抗凍性能,但是,其應(yīng)用受到鹽溶解度低和成本高的限制。此外,高濃鹽電解液通常還存在粘度高和離子電導(dǎo)率低等問題。
 
  本工作中,科研人員通過在水系電解液中引入CaCl2和乙二醇添加劑,獲得了一種中等濃度的(3.86m CaCl2+1m LiCl)寬電位窗口、耐低溫電解液。實驗和理論分析表明,CaCl2的引入可最大限度地減少具有強氫鍵的水分子的數(shù)量,而乙二醇的添加則可減少鈣離子第一溶劑化殼層中H2O分子的數(shù)量,并破壞水分子之間形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò),從而使所設(shè)計的混合電解液具有3.5V的寬電化學(xué)穩(wěn)定性窗口和低于-120 ℃的凝固點。此外,研究發(fā)現(xiàn),基于此電解液所構(gòu)筑的微型超級電容器可提供1.6V的高電壓,在-40 °C時的容量保持率是室溫下的62%,并且具有優(yōu)異的循環(huán)性能,在此溫度下運行兩萬圈后,容量保持率達(dá)98.5%。此項研究工作為低溫儲能器件電解液的設(shè)計提供了新思路。
 
  該工作以“A low-cost moderate-concentration hybrid electrolyte of introducing CaCl2 and ethylene glycerol enables low-temperature and high-voltage micro-supercapacitors”為題,發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。該工作的第一作者是我所508組聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生楊恩典和副研究員師曉宇。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、我所創(chuàng)新基金等項目的資助。(文/圖 楊恩典、師曉宇)
 

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