江蘇大學(xué)、中南大學(xué)AFM：碳基超級電容電解液新型添加劑——有機(jī)鐵電鹽
分類：
發(fā)布時間：
2022-07-28
介電層厚度壓縮增強(qiáng)電容的非法拉第電解質(zhì)添加劑: 有機(jī)鐵電鹽
第一作者：梁紅玉
通訊作者：鄒國強(qiáng)*，卜永鋒*
單位：江蘇大學(xué)、中南大學(xué)
研 究 背 景
碳基超級電容器是已商業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品之一；所采用的典型有機(jī)電解液體系（即，四氟硼酸四乙基銨/乙腈，TEABF4/ACN）由于成本和性能優(yōu)勢，仍然占據(jù)市場應(yīng)用主導(dǎo)地位。然而，從商用電解液角度（而非傳統(tǒng)的活性炭孔結(jié)構(gòu)和/或表面性質(zhì)調(diào)控）來進(jìn)一步提升現(xiàn)有體系（即，碳電極-有機(jī)電解液）的電容仍充滿挑戰(zhàn)。
文 章 簡 介
近日，江蘇大學(xué)（卜永鋒、梁紅玉）與中南大學(xué)（鄒國強(qiáng)，理論計(jì)算）合作，在國際知名期刊Advanced Functional Materials發(fā)表題為“Non-Faraday Electrolyte Additives for Capacitance Boosting by Compression of Dielectric Layer Thickness: Organic Ferroelectric Salts”的研究論文，即：提出一種兼容商用電解液的新型有機(jī)鐵電鹽電解液添加劑（如高氯酸二異丙胺，DIPAP）。解離的DIPA+與共性離子競爭中可更接近碳電極表面，壓縮界面雙電層中有效電介質(zhì)層的厚度和/或減緩其相對介電常數(shù)的衰減。僅添加1 wt%的DIPAP可獲得21.6-45.8%的電容增量（同時保持理想的倍率性能），為挖掘現(xiàn)有碳電極-有機(jī)電解液體系的剩余潛力提供了新思路。
圖1. DIPAP調(diào)控雙電層中電介質(zhì)有效厚度和/或其相對介電常數(shù)的可能機(jī)制。
本 文 要 點(diǎn)
要點(diǎn)一：孔徑對DIPAP效能的影響
與微、大孔碳比，介孔碳電極更有利于發(fā)揮DIPAP的電容提升功效。
要點(diǎn)二：碳電極空間電荷密度的影響
富電子的N摻雜介孔碳可進(jìn)一步增強(qiáng)DIPAP功效（即，在1 A g−1電容增量從27.5%提升至45.8%）。
要點(diǎn)三：界面物種吸附
PZC及原位拉曼演變揭示：添加DIPAP后，N摻雜介孔碳電極表面陽離子 (DIPA+和/或TEA+)的交換速率增大，即，增強(qiáng)雙電層中反離子的吸附。
要點(diǎn)四：界面物種分布的理論分析
與TEA+和ACN相比，較小尺寸的DIPA+可以進(jìn)入孔中并富集在更靠近電極表面的地方，從而調(diào)節(jié)雙電層內(nèi)物質(zhì)的分布和介電性能(即電介質(zhì)的有效厚度和/或相對介電常數(shù))。
要點(diǎn)五：前瞻
1）可進(jìn)一步優(yōu)化/替換DIPAP中的陰離子，以減小其對電解液電壓窗口的影響。
2）可篩選一些能更接近碳電極表面的有機(jī)鹽體系，以深化認(rèn)識雙電層中電介質(zhì)有效厚度及其相對介電常數(shù)的演變。
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