我国科研人员开发出适用于超低温的双电层电容器

随着电化学储能设备的广泛应用，极端条件（例如极低温度）下的电化学性能衰退乃至失效等问题亟待解决。锂离子电池在低温条件下面临离子传输动力学缓慢、枝晶生长引发寿命衰减等挑战，相比之下，双电层电容器基于离子物理吸附/脱附的储能机制，有望突破电化学储能器件在低温应用中的瓶颈。然而，其性能发挥面临诸多挑战，如电解液凝固点高、离子电导率低、电化学稳定性差，以及电极材料内部离子传输受阻等。

近日，中科院大连化学物理研究所联合中国科学院深圳先进技术研究院，在低温电化学储能研究方面取得进展。团队提出了一种温度不敏感的“强—弱配位溶剂化”电解液设计策略，并将其与富介孔碳电极材料设计策略相结合，开发出了适用于超低温（−80°C）的双电层电容器。

研究团队选用乙腈作为强配位溶剂，以削弱离子液体中阴阳离子间的相互作用，从而提高体系的离子电导率。同时，团队选用具有超低凝固点与高电化学稳定性的弱配位稀释剂——1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚作为“外部屏蔽层”，以降低体系凝固点，从而实现了电解液在耐高压、高离子电导率与超低凝固点方面的兼容。

在电极材料方面，团队设计了富含介孔的活性炭，以促进离子在低温下的快速传输，进而减轻因孔道传输受限所导致的电容损失。基于此，团队构建的双电层电容器在−80°C与4.5V电压下实现了104.5Wh·kg-1的能量密度，且10000次循环后容量保持率为89.5%。结果显示，300F软包双电层电容器在25°C至−80°C范围内可稳定运行，进一步验证了其实际应用潜力。

该研究验证了一种可行的电解液—电极协同设计策略，为极端低温下电化学储能器件应用提供了参考。

相关研究成果发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D5EE06850A