【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】水系超級電容器由于其出色的電容特性、高安全性和環(huán)保性而受到廣泛關注。然而，水窄的電化學穩(wěn)定性窗口(1.23V)降低了器件的儲能能量密度，限制它們的實際應用。
 

　　針對以上問題，李磊教授團隊發(fā)展了一種新的策略，即通過兩性離子功能的甜菜堿調(diào)控活性炭和水系電解液的固-液界面性質(zhì)，以提高器件的工作電壓和電極電荷存儲能力，實現(xiàn)器件能量密度的巨大提升。甜菜堿均勻的包覆在活性炭表面，避免水系電解液和活性炭的直接接觸。一方面，甜菜堿吸附電解液中的水，形成新的氫鍵，破壞水的原始氫鍵，從而降低活性炭附近電解液中水的活性，導致器件的工作電壓從1.0V大幅增加到1.4V。另一方面，甜菜堿對電解液離子的吸附能力比活性炭強，導致器件電容在1Ag-1時由21.35Fg-1大幅增加到27.73Fg-1。它們的協(xié)同作用使超級電容器的能量密度從2.97Whkg-1提高到7.55Whkg-1，增加了接近2.5倍；功率密度從4.54kW kg-1提高到6.82kWkg-1，增加了1.5倍。同時，器件還具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在1.4V和4Ag-1下循環(huán)10，000次后，電容保持率接近100%。除此之外，這種策略還極大地降低了器件的漏電流以及電壓降。
 

　　上述成果以《通過甜菜堿調(diào)節(jié)電極/電解質(zhì)的界面特性增強超級電容器的能量存儲》(Regulating electrode/electrolyte interphase property via betaine to turbo supercapacitor energy storage)為題，于近期發(fā)表在《儲能材料》(Energy Storage Materials)上。西安交通大學材料學院碩士生周笑宇為論文的第一作者，青年教師史曉薇和李磊教授為論文的共同通訊作者。西安交通大學金屬材料強度全國重點實驗室為論文的唯一通訊單位。該工作得到了國家自然科學基金的資助。
 

　　近年來，李磊教授團隊在水系超級電容器電極結(jié)構設計及其對電子和電解液離子傳輸?shù)淖饔?Chem.Eng.J.2024, 488,150843;Energy Environ.Mater.2024,7,e12681;Nano Res. 2024，17, 6203; Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1907284; Energy Storage Mater. 2020, 30, 412) 和電解液性質(zhì)調(diào)控方面(Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2417207；Energy Storage Mater. 2023,55,527；J. Energy Chem. 2023, 78, 283)取得了系列進展，實現(xiàn)器件儲能性能的提升，同時保障其在極端溫域內(nèi)(-60℃至100℃)正常工作，為超級電容器的寬溫域應用提供了可能性。