Grafenbaserade mikrosuperkondensatorer (EG-MSC) kombinerar grafenens distinkta egenskaper och fördelarna med plan enhetskonfiguration för att maximera laddningslagringen. Därför kan de tillhandahålla mer flexibla, mindre och tunnare enheter.

Den begränsade elektriska dubbelskiktskapaciteten hos grafen och det smala spänningsfönstret för vattenhaltiga elektrolyter begränsar emellertid deras vidare användning.

Nyligen har en gemensam forskargrupp ledd av professor Wu Zhongshuai och prof. Fu Qiang från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) föreslagit en strategi för att öka kapacitansen hos grafenbaserade plana MSC:er av högkoncentrerad vatten-i-salt ambipolär redoxelektrolyt (ZnI₂ + ZnCl₂ ).

Denna studie publicerades i ACS Energy Letters den 19 april.

Att använda redoxaktiva elektrolyter för att förstärka grafenelektroder är en mycket effektiv strategi för att öka den kapacitiva prestandan hos MSC:er.

Men tidigare rapporterade redoxmediatorer kunde bara erbjuda en viss kapacitans för en enda elektrod, vilket leder till begränsad energitäthet på grund av de oöverträffade kapacitanserna hos två elektroder.

I denna studie utvecklade forskarna en ny högkoncentrerad vatten-i-salt ambipolär redoxelektrolyt där en ambipolär mediator (ZnI₂ ) skulle kunna erbjuda två redoxpar (I ^- /I₂ och Zn/Zn ²⁺ ) naturligt, med matchad laddningslagring.

Dessa två arter gjorde att två elektroner kunde oxideras vid den positiva elektroden och reduceras vid den negativa elektroden synkront och individuellt, vilket gav ett stort pseudokapacitivt bidrag för EG-MSC.

De har uppnått en hög volymetrisk kapacitet på 106 mAh/cm ³ , energitäthet på 111 mWh/cm ³ , och långvarig cykelstabilitet med 92,1 % retention efter 5 300 cykler.

Karakteriseringar in situ bekräftade att dessa goda prestationer tillskrevs den frustrerade självurladdningen genom att undertrycka bildningen och diffusionen av polyjodidjoner av I₃ ^- och I₅ ^- .

Dessutom visade EG-MSC stabila cykelprestanda vid -20 grader Celsius, på grund av vattnets reducerade fryspunkt genom starka interaktioner mellan vattenmolekyler och zinkjoner.

"Detta arbete öppnar en ny väg för att introducera ambipolära redoxmediatorer i högkoncentrerade elektrolyter för högpresterande MSCs", säger prof. Wu. + Utforska vidare

Utforskar konjugerade enheter i kovalenta organiska ramverk för optimerad litiumjonlagring