近日，學院莫唐明老師設計了一種新型的納米多孔電極，同時提升了超級電容器的能量密度與功率密度，并闡明了入口效應對超級電容器充放電的影響機理。該成果以《喇叭狀入口結構提升納米多孔電極超級電容器充電速度與能量儲存》（Horn-like pore entrance boosts charging dynamics and charge storage of nanoporous supercapacitors）為題，發(fā)表在權威期刊《ACS Nano》。莫唐明老師是該論文的第一作者，廣西大學機械工程學院為第一完成單位。
超級電容器具有充電快、功率高等優(yōu)點，在新能源發(fā)電、新能源汽車、國防軍事等領域發(fā)揮著重要作用。但超級電容器能量密度無法與電池媲美，維持其高功率密度的同時提升能量密度是研發(fā)的核心難題。納米多孔電極具有比表面積大和電導率高的優(yōu)點，離子液體具有工作電壓寬的優(yōu)勢，它們的組合可以提高能量密度，被視為下一代超級電容器最有前景的材料之一。特別是當多孔電極的尺寸與離子液體離子尺寸相匹配時，可以達到最大的電容和能量密度。然而，多孔碳的納米限域效應和離子液體的高粘度導致離子傳輸緩慢，降低了超級電容器的充電速度與功率密度。這也是多孔電極-離子液體超級電容器發(fā)展遇到的關鍵挑戰(zhàn)。
針對上述問題，莫唐明老師團隊設計了一種新型納米多孔電極，同時提升了超級電容器充電速度與電容。論文對納米多孔電極儲能機理進行了深入的探究，闡明充電速度得到加快是由于離子進入孔時的一步脫溶劑化過程轉變?yōu)橹鸩矫撊軇┗^程，降低了離子吸附的能壘，從而優(yōu)化了了離子吸附的速度；與此同時陰陽離子分離的傳輸路徑，避免了“過填充”現(xiàn)象的產生，優(yōu)化了離子的解吸附過程。電容的提升得益于多離子協(xié)同傳輸降低了離子吸附與解吸附所需的能量。該工作揭示了多孔電極入口結構對超級電容器能量儲存的影響及其規(guī)律，為提高超級電容器性能提供了一種有效可行新方案。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03886
