近日，學(xué)院莫唐明老師設(shè)計了一種新型的納米多孔電極，同時提升了超級電容器的能量密度與功率密度，并闡明了入口效應(yīng)對超級電容器充放電的影響機理。該成果以《喇叭狀入口結(jié)構(gòu)提升納米多孔電極超級電容器充電速度與能量儲存》（Horn-like pore entrance boosts charging dynamics and charge storage of nanoporous supercapacitors）為題，發(fā)表在權(quán)威期刊《ACS Nano》。莫唐明老師是該論文的第一作者，廣西大學(xué)機械工程學(xué)院為第一完成單位。
超級電容器具有充電快、功率高等優(yōu)點，在新能源發(fā)電、新能源汽車、國防軍事等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。但超級電容器能量密度無法與電池媲美，維持其高功率密度的同時提升能量密度是研發(fā)的核心難題。納米多孔電極具有比表面積大和電導(dǎo)率高的優(yōu)點，離子液體具有工作電壓寬的優(yōu)勢，它們的組合可以提高能量密度，被視為下一代超級電容器最有前景的材料之一。特別是當多孔電極的尺寸與離子液體離子尺寸相匹配時，可以達到最大的電容和能量密度。然而，多孔碳的納米限域效應(yīng)和離子液體的高粘度導(dǎo)致離子傳輸緩慢，降低了超級電容器的充電速度與功率密度。這也是多孔電極-離子液體超級電容器發(fā)展遇到的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
針對上述問題，莫唐明老師團隊設(shè)計了一種新型納米多孔電極，同時提升了超級電容器充電速度與電容。論文對納米多孔電極儲能機理進行了深入的探究，闡明充電速度得到加快是由于離子進入孔時的一步脫溶劑化過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹鸩矫撊軇┗^程，降低了離子吸附的能壘，從而優(yōu)化了了離子吸附的速度；與此同時陰陽離子分離的傳輸路徑，避免了“過填充”現(xiàn)象的產(chǎn)生，優(yōu)化了離子的解吸附過程。電容的提升得益于多離子協(xié)同傳輸降低了離子吸附與解吸附所需的能量。該工作揭示了多孔電極入口結(jié)構(gòu)對超級電容器能量儲存的影響及其規(guī)律，為提高超級電容器性能提供了一種有效可行新方案。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03886
