兩性凝膠電解質(zhì)在電場下形成離子通道，同時具有良好的保水性能相關文章鏈接：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征教授課題組，與化學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)超級電容器領域中的新型高效電解質(zhì)。此成果5月26日在線發(fā)表在Nature Communications, 7:11782(2016) 上。
面對日益增長的能源需求，全固態(tài)超級電容器作為新型儲能設備得到了廣泛關注，而凝膠電解質(zhì)是其中的關鍵技術(shù)材料。為了實現(xiàn)全固態(tài)超級電容器快速充放電和高穩(wěn)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)，是當前該領域的重要科學問題。其核心和關鍵在于如何在凝膠電解質(zhì)中構(gòu)建有序離子通道以及理解其內(nèi)在電化學機制。
面對這個挑戰(zhàn)，吳長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(nèi)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射線近邊吸收譜證實了兩性凝膠電解質(zhì)在外加電場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，每個兩性基團可以與8個水分子結(jié)合形成水化層，使電解質(zhì)PPDP具有良好的保水特性。構(gòu)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，實現(xiàn)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(gòu)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與材料科學學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基金委、科技部、能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心以及中國科學院材料力學行為和設計重點實驗室的支持。
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