兰州化学物理研究所在超级电容器应用拓展方面取得新进展

coco2017

超级电容器能够提供超高的功率密度和超长的循环寿命，在辅助性应急电源、大功率电源、新能源电动车启停电源、能量回收系统以及智能电网等方面得到了广泛应用。然而，超级电容器相对于二次电池能量密度较低，在商用电化学储能器件中的市场占比较低。因此，为了推进超级电容器的发展，在提高超级电容器的能量密度的同时，需要开发具有特殊功能的超级电容器来拓展其应用领域。
　　近期，中国科学院兰州化学物理研究所低维材料与化学储能课题组通过合成聚阴离子/阳离子液体(图1)，然后与商业活性炭匹配成功的将二极管的单向导通特性整合到具有快速充放电特性的超级电容器中，实现了具备快速离子传导和有效阻断一侧偏压功能的超级电容器二极管（图2）。
　　这种新兴的离子二极管有望应用于未来交流电路的矫正、信号处理与信号调控、离子逻辑电路（AND、OR、NAND等）以及神经形态学计算。相关成果以“Construction of Supercapacitor‐Based Ionic Diodes with Adjustable Bias Directions by Using Poly(ionic liquid) Electrolytes”为题发表在《Advanced Materials》期刊上。

图1 聚合阴离子和聚合阳离子的结构示意图

　　该课题组多年来致力于超级电容器离子液体基电解液的调控。先后在Nature Communications(Nat. Commun., 2017, 8, 2188.)、Energy Storage Materials(Energy Storage Mater., 2019, 18, 253-259.)、Energy Environmental Science（Energy Environ. Sci., 2021, 14, 2859-2882.)和advanced Materials(Adv. Mater. 2021, 2100887)等期刊上发表了一系列相关科研进展。

图2 双向导通的超级电容器二极管的性能 (a) 正向导通超级电容器二极管的循环伏安曲线 (b) 正向导通超级电容器二极管的整流系数II

(c) 正向导通超级电容器二极管的横流充放电曲线 (d) 负向导通超级电容器二极管的循环伏安曲线

(e) 负向导通超级电容器二极管的整流系数II (f) 负向导通超级电容器二极管的横流充放电曲线

　　以上工作得到了国家自然科学基金、大连国家洁净能源实验室合作基金和肇庆市科技局的支持。


       文章来源：兰州化物所