性能可调控的高强凝胶基柔性超级电容器

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柔性储能器件以其较好的可塑性在便携性、可穿戴性装置中有着广泛的应用前景,也成为近年来的研究热点之一。随着电子皮肤、压力传感器、全固态超级电容器等柔性器件的研究,器件的耐压能力也逐渐成为储能装置的重要指标之一。半固态凝胶电解质作为决定柔性储能器件性能的重要组成之一,具有无电解质泄露安全稳定性好的优势。但目前有关凝胶电解质的研究尚存在诸多不足:1)传统物理共混法制备的凝胶电解质很难满足高机械强度的要求;2)压力作用下的柔性储能器件性能不清晰。

 同济大学王启刚教授课题组的博士生刘新华同学探索出了一种含卤素咪唑类离子液体在紫外光引发聚合下制备高强凝胶的方法,并将它们应用为超级电容器上作为一体化的电解质及隔膜。该凝胶电解质制备过程简单,所选取离子液体既可作为自由基引发剂又可作为电解液,无需额外加入引发剂与交联剂。成胶组分与离子液体间的氢键作用可赋予凝胶较高的机械强度及自修复性能,这为后续实现机械性能与电化学性能的统一打下基础。本研究的独特性能是凝胶基超级电容器的比容量能随着压力和含水量的改变进行调控。主要机理归因于以下两个方面,1)压力和含水量的增加能降低凝胶粘度从而提高电解质的电导率;2)压力和含水量的增加能显著改善电解质与隔膜界面离子扩散性能从而实现更便捷的离子迁移。该工作中的凝胶电解质可进一步选用电化学窗口宽的离子液体来改进电化学性能,并可从电容器向锂离子电池和中低温燃料电池等其它领域推广。相关工作得到了国家自然科学基金,教育部新世纪人才和青年千人计划等项目的支持。