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大連物化所開發出“氯化鋰包水”高濃水系電解液并構建微型超級電容器
2022年03月08日 09:45:34
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：6234
近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組研究員吳忠帥團隊與中科院院士、金屬研究所研究員成會明合作，開發出一種安全、綠色、低成本的“氯化鋰包水”高濃水系電解液，并以此構建出寬溫區1.6V高電壓水系MXene微型超級電容器。
【化工儀器網 項目成果】傳統的鋰離子電池主要采用有機電解液，這主要是因為傳統LCO/石墨體系鋰離子電池電壓較高，超過了水溶液電解質的穩定電壓窗口，因此只能采用有機溶液電解質。近年來隨著人們對動力電池安全性、環保性要求的提高，水系電解液開始得到人們的重視。
MXene作為新型二維材料，具有高的電導率和超高的體積電容，是微型超級電容器的關鍵材料之一。然而，MXene在水系電解液中易在高陽極電位下氧化，且受到水的電化學穩定窗口的限制，導致工作電壓通常小于0.6V，限制了MXene微型超級電容器的能量密度。此外，水系電解液在零度以下易結冰，導致離子導電性急劇下降。高溫下，電解液的結構不穩定，很難保留內部的水分子。因此，研制耐高壓、寬溫區的水系電解液存在挑戰。
近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組研究員吳忠帥團隊與中科院院士、金屬研究所研究員成會明合作，開發出一種安全、綠色、低成本的“氯化鋰包水”高濃水系電解液，并以此構建出寬溫區1.6V高電壓水系MXene微型超級電容器。
研究團隊通過調節MXene微電極與電解質之間的反應動力學，有效抑制了MXene在高電位下的氧化，從而拓寬MXene微型超級電容器的工作電壓，且能在較寬的溫度范圍內運行。研究發現，基于高濃氯化鋰凝膠電解液的對稱平面MXene微型超級電容器的工作電壓高達1.6V，體積能量密度可達31.7 mWh/cm3。由于高濃氯化鋰凝膠電解液超高的離子電導率(69.5mS/cm)和超低的熔點(-57°C)，MXene微型超級電容器可在-40°C到60°C的寬溫度范圍內正常工作，說明其在極端環境中的實用性。該工作為構建水系高電壓寬溫區微型超級電容器提供了新的研究思路。
在構建MXene基超級電容器和電池方面，吳忠帥團隊前期開發出多功能水系MXene墨水用于高電容電極、電池和傳感材料(Adv. Mater.)及微型超級電容器(Adv. Energy Mater.)；發展了離子液體預插層MXene微電極策略構建出高比能微型超級電容器(J. Mater. Chem. A)；開發出三維MXene基無枝晶的鋰金屬負極(ACS Nano)；提出了一步堿化MXene策略制備出MXene納米帶(Nano Energy)，同時結合氧化處理獲得了MXene衍化超薄鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶，具有優異儲鈉/鉀性能(ACS Nano)。
相關論文于2022年2月23日發表在《國家科學評論》(National Science Review)上。
參考資料來源：大連物化所、中國科學院
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