超低温一体式超级电容器学术资讯

来源：中国科学杂志社

具有低温工作性能是超级电容器应对严寒工作环境的重要保障。《中国科学：材料科学（英文版）》近期报道了一种在零度以下(−36 °C)仍具有稳定性能的一体式超级电容器。

水溶液体系超级电容器具有优异的倍率性能和超长循环寿命，在过去几十年中受到广泛关注。由于水的冰点为零度，水溶液电解质面临结冰和电解质盐析出的问题，现有水溶液体系超级电容器在低温下通常难以维持稳定性能。这一弊端限制了其在寒冷和高海拔地区的应用。最近，南方科技大学程化博士、张福才博士和卢周广博士领导的研究组针对如何稳定水溶液体系超级电容器在低温下的性能进行了深入研究，并提出了一种解决方案。相关研究论文“An all-in-one supercapacitor working at sub-zero temperatures” 近期发表在Science China Materials（《中国科学：材料科学（英文版）》）上。研究人员以乙二醇(EG)和水构成双溶剂体系，通过低温引发聚乙烯醇(PVA)交联反应制备了一种凝胶电解质。水分子通过氢键与PVA相互作用并被限制在电解质中，因此该凝胶电解质除了具有柔性特质外，还表现出优异的抗低温性能(图1)。随后，他们通过一种特殊的电极制备方法，将多壁碳纳米管(MWCNTs)与该凝胶电解质结合制成一体式超级电容器。MWCNTs和凝胶电解质使得该超级电容器具有高的集成度、良好的柔性和优异的机械性能。此外，电容器结构中电极与电解质直接接触避免了粘结剂的引入，使得电极-电解质界面更加稳定，有利于电荷的快速传输和长时间性能稳定。由于水分子在电解质中活动受限，使得该一体式超级电容器在严寒条件下(−36°C)仍可稳定工作。

图1(a) 凝胶电解质交联示意图，(b)凝胶电解质的差示扫描量热曲线，(c)不同外力作用下的凝胶电解质。该项研究得到了深圳市科学技术创新委员会基础研究项目（JCYJ20170817110251498），广东省特支计划青年拔尖人才项目（2016TQ03C919）和国家自然科学基金（21603094、21703096和11775105）资助。
更多详情请阅原文：Wang, Y., Yuan, H., Zhu, Y. et al. Anall-in-one supercapacitor working at sub-zero temperatures. Sci. China Mater. (2020) doi:10.1007/s40843-019-1244-1.https://link.springer.com/article/10.1007/s40843-019-1244-1

来源：scichina1950 中国科学杂志社

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