兩性凝膠電解質(zhì)在電場(chǎng)下形成離子通道，同時(shí)具有良好的保水性能相關(guān)文章鏈接：http://www.nature.com/ncomms/2016/160526/ncomms11782/full/ncomms11782.html#corres-auth。
近日，中科大謝毅教授團隊吳長(cháng)征教授課題組，與化學(xué)物理系劉光明副教授課題組合作，將具有獨特離子通道的新型兩性凝膠電解質(zhì)用于全固態(tài)超級電容器，獲得了目前石墨烯基全固態(tài)超級電容器的最優(yōu)性能。該兩性凝膠電解質(zhì)有望成為全固態(tài)超級電容器領(lǐng)域中的新型高效電解質(zhì)。此成果5月26日在線(xiàn)發(fā)表在Nature Communications, 7:11782(2016) 上。
面對日益增長(cháng)的能源需求，全固態(tài)超級電容器作為新型儲能設備得到了廣泛關(guān)注，而凝膠電解質(zhì)是其中的關(guān)鍵技術(shù)材料。為了實(shí)現全固態(tài)超級電容器快速充放電和高穩定性的需求，發(fā)展兼具高離子電導率、優(yōu)良機械強度和保水性能等諸多優(yōu)勢的新型凝膠電解質(zhì)，是當前該領(lǐng)域的重要科學(xué)問(wèn)題。其核心和關(guān)鍵在于如何在凝膠電解質(zhì)中構建有序離子通道以及理解其內在電化學(xué)機制。
面對這個(gè)挑戰，吳長(cháng)征教授課題組基于兩性凝膠電解質(zhì)PPDP (聚([3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨 內鹽)有序兩性基團形成獨特的離子通道, 應用于高效全固態(tài)超級電容器。同步輻射軟X射線(xiàn)近邊吸收譜證實(shí)了兩性凝膠電解質(zhì)在外加電場(chǎng)的情況下兩性基團具有有序性, 能夠形成獨特的離子通道以有利于凝膠電解質(zhì)中鹽離子的傳輸。同時(shí)，每個(gè)兩性基團可以與8個(gè)水分子結合形成水化層，使電解質(zhì)PPDP具有良好的保水特性。構建的石墨烯基全固態(tài)超級電容器，在0.8 A cm-3的電流密度下，實(shí)現了300.8 F cm-3的比容量，并且電流密度增大25倍之后，僅有14.9 %的比容量損失，達到了目前石墨烯基全固態(tài)超級電容器的最優(yōu)值。構建有序離子通道為設計新型高效能源存儲器件提供了新思路。
文章的共同第一作者為化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院博士生彭旭和碩士生劉慧麗。上述研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng )新中心以及中國科學(xué)院材料力學(xué)行為和設計重點(diǎn)實(shí)驗室的支持。
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