摘要

新興的超級電容器二極管 (CAPode) 將二極管的特性集成到雙電層電容器中，可用于將傳統(tǒng)超級電容器擴(kuò)展到新技術(shù)應(yīng)用，并可能在電網(wǎng)穩(wěn)定、信號傳播和邏輯運(yùn)算。然而，報道的 CAPodes 只能實(shí)現(xiàn)正偏置方向的電荷存儲。

最近，蘭州大學(xué)唐瑜教授，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所閻興斌研究員團(tuán)隊(duì)提出了通過使用基于聚陽離子的離子液體 (IL) 或基于聚陰離子的IL作為電解質(zhì)在不對稱碳基超級電容器架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的偏置方向可調(diào) CAPode。由此產(chǎn)生的 CAPode 僅在正偏置或負(fù)偏置方向表現(xiàn)出電荷存儲功能，具有高整流比（整流比 II、RRII 約為 80%）和出色的循環(huán)壽命（4500 次循環(huán)），代表了設(shè)計的關(guān)鍵突破 高性能電容離子二極管。相關(guān)成果論文以題為Construction of Supercapacitor-Based Ionic Diodes with Adjustable Bias Directions by Using Poly(ionic liquid) Electrolytes發(fā)表在《Advanced Materials》上。

主圖導(dǎo)讀

兩種聚離子液體的合成與表征

CAPode 的工作機(jī)制和可用性分析

CAPode 的電化學(xué)和“二極管”性能

總結(jié)

通過合成基于聚陽離子和聚陰離子的IL，開發(fā)了一種新的離子調(diào)節(jié)策略來構(gòu)建偏置方向可調(diào)的 CAPode。聚（離子液體）表現(xiàn)出大尺寸聚合離子和小尺寸反離子，具有弱范德華相互作用，并且可以自發(fā)溶解在有機(jī)溶劑中。使用基于聚（離子液體）的電解質(zhì)，N- CAPode 和 P-CAPode 構(gòu)建成功。得益于聚合物離子的阻隔作用，所構(gòu)建的裝置只允許反離子自由進(jìn)入YP-50F碳孔，導(dǎo)致離子僅存儲在一個電位方向，從而使正向和反向電流的存在。這種非常規(guī)的離子存儲行為確保了 N-CAPode 和 P-CAPode 表現(xiàn)出高整流率（RRII ≈80%）和高倍率整流性能（整流率保持率在 100 mV 時高達(dá) 90% s-1)。而且，純物理的離子轉(zhuǎn)移機(jī)制可以保證長期的整流效果（4500次循環(huán)后性能沒有明顯下降）。因此，該研究為設(shè)計高性能 CAPode 開辟了一條新途徑，本文所呈現(xiàn)的結(jié)果可能會擴(kuò)展超級電容器的應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)離子二極管的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

doi.org/10.1002/adma.202100887