江苏大学、中南大学AFM：碳基超级电容电解液新型添加剂——有机铁电盐

第一作者：梁红玉

通讯作者：邹国强*，卜永锋*

单位：江苏大学、中南大学

碳基超级电容器是已商业化应用的产品之一；所采用的典型有机电解液体系（即，四氟硼酸四乙基铵/乙腈，TEABF4/ACN）由于成本和性能优势，仍然占据市场应用主导地位。然而，从商用电解液角度（而非传统的活性炭孔结构和/或表面性质调控）来进一步提升现有体系（即，碳电极-有机电解液）的电容仍充满挑战。

近日，江苏大学（卜永锋、梁红玉）与中南大学（邹国强，理论计算）合作，在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表题为“Non-Faraday Electrolyte Additives for Capacitance Boosting by Compression of Dielectric Layer Thickness: Organic Ferroelectric Salts”的研究论文，即：提出一种兼容商用电解液的新型有机铁电盐电解液添加剂（如高氯酸二异丙胺，DIPAP）。解离的DIPA⁺与共性离子竞争中可更接近碳电极表面，压缩界面双电层中有效电介质层的厚度和/或减缓其相对介电常数的衰减。仅添加1 wt%的DIPAP可获得21.6-45.8%的电容增量（同时保持理想的倍率性能），为挖掘现有碳电极-有机电解液体系的剩余潜力提供了新思路。

与微、大孔碳比，介孔碳电极更有利于发挥DIPAP的电容提升功效。

富电子的N掺杂介孔碳可进一步增强DIPAP功效（即，在1 A g−1电容增量从27.5%提升至45.8%）。

PZC及原位拉曼演变揭示：添加DIPAP后，N掺杂介孔碳电极表面阳离子 (DIPA⁺和/或TEA⁺)的交换速率增大，即，增强双电层中反离子的吸附。

与TEA⁺和ACN相比，较小尺寸的DIPA⁺可以进入孔中并富集在更靠近电极表面的地方，从而调节双电层内物质的分布和介电性能(即电介质的有效厚度和/或相对介电常数)。

1）可进一步优化/替换DIPAP中的阴离子，以减小其对电解液电压窗口的影响。

2）可筛选一些能更接近碳电极表面的有机盐体系，以深化认识双电层中电介质有效厚度及其相对介电常数的演变。

Non-Faraday Electrolyte Additives for Capacitance Boosting by Compression of Dielectric Layer Thickness: Organic Ferroelectric Salts, Adv. Funct. Mater. 2023, 2308872.

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