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近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎國家重點(diǎn)實(shí)驗室二維材料化學(xué)與能源應用研究組研究員吳忠帥團隊，聯(lián)合大連交通大學(xué)教授王韶旭團隊，在低溫高壓水系/有機混合電解液開(kāi)發(fā)方面取得新進(jìn)展。該團隊開(kāi)發(fā)出具有寬電化學(xué)穩定窗口、耐低溫、低成本的混合電解液，構筑出耐低溫高性能微型超級電容器。

水系電解質(zhì)具有本征安全的特性，因此水系微型儲能器件在便攜式微型電子設備和規?；瘍δ艿阮I(lǐng)域頗具應用前景。然而，水系電解液的電化學(xué)穩定窗口過(guò)窄以及較高凝固點(diǎn)引起的易結冰等問(wèn)題，導致該體系儲能器件能量密度較低，低溫下電化學(xué)性能衰減嚴重，限制了其進(jìn)一步應用。高濃鹽電解液的應用有效拓寬了水系電解質(zhì)的電化學(xué)穩定窗口，并具有優(yōu)異的抗凍性能，但其應用受到鹽溶解度低和成本高的限制。此外，高濃鹽電解液通常存在粘度高和離子電導率低等問(wèn)題。

該研究通過(guò)在水系電解液中引入CaCl₂和乙二醇添加劑，獲得了中等濃度的（3.86m CaCl₂+1m LiCl）寬電位窗口、耐低溫電解液。實(shí)驗和理論分析表明，CaCl₂的引入可最大限度地減少具有強氫鍵的水分子的數量，而乙二醇的添加則可減少鈣離子第一溶劑化殼層中H₂O分子的數量，并破壞水分子之間形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò )，使得所設計的混合電解液具有3.5V的寬電化學(xué)穩定性窗口和低于-120 ℃的凝固點(diǎn)。進(jìn)一步，研究發(fā)現，基于該電解液所構筑的微型超級電容器可提供1.6V的高電壓，在-40 °C時(shí)的容量保持率是室溫下的62%，同時(shí)具有優(yōu)異的循環(huán)性能，在此溫度下運行兩萬(wàn)圈后，容量保持率達98.5%。上述成果為低溫儲能器件電解液的設計提供了新思路。

相關(guān)研究成果以A low-cost moderate-concentration hybrid electrolyte of introducing CaCl₂?and ethylene glycerol enables low-temperature and high-voltage micro-supercapacitors為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和大連化物所創(chuàng )新基金等的支持。

大連化物所等開(kāi)發(fā)出耐低溫微型超級電容器