新型电解质可以提高超级电容器的性能

超级电容器是储存和释放能量的电气设备，需要一层电解质——可以是固体、液体或介于两者之间的导电材料。现在，美国麻省理工学院和其他几个机构的研究人员开发了一种新型液体，这种液体在降低可燃性的同时，也为提高装置性能和稳定性提供了可能。研究人员表示：“他们的概念验证工作代表了一种新的电化学储能模式”。目前，该研究的相关论文已在《自然》杂志上发表。

该研究团队在离子液体中加入了一种类似于表面活性剂的化合物。该论文的主要作者毛先文博士表示，由于添加了这种材料，离子液体变得具有非常新奇的特性，变得非常黏稠，温度越高储能越多，远胜其他电解质。在他们的研究中，尽管黏度远高于其他电解质，但是随着温度的升高，存储容量增加更快，最终导致材料总能量密度(给定体积储存的电能)增加，超过了许多传统电解质，并且稳定性和安全性更好。其高效能的关键是离子液体中分子自动排列的方式，最终在金属电极表面形成层状结构。分子首尾相接，头部朝向电极外，与电机保持一定距离，尾部在中间，形成一种三明治结构。这种行为被描述为自组装纳米结构，与传统电解质存在巨大差异，是因为这种分子具有在超级电容器内的电极上自组装形成有序的层状结构的内在行为。这种高度有序的结构有利于防止“过度占位”现象，这种现象会在其他离子液中第一层离子(带电的原子或分子)上发生，它们聚集在电极表面，束缚了太多离子，相应地在电极表面形成电荷，但导致离子分布不均，或者说形成聚集态的多层离子，因此储能效率降低。而新型电解质的情况与此不同，因为每一样东西都井井有条，电荷集中在表层。毛博士还表示，这种具有表面活性的离子液体(即被称为SAILs的新材料)或许可用于高温储能，如高温环境中的石油钻探或化工厂，该类电解质在高温下非常安全，甚至性能更好，与此相反，锂离子电池中使用的一些电解质是相当易燃的，这种材料有利于提高超级电容器的性能。这种装置可以用来储存电能，有时还用来作为电动汽车的备用电池系统，提供额外的动力。使用这种新材料代替传统的超级电容器中的电解质，可以使其能量密度提高4或5倍。使用这种新的电解质，未来的超级电容器甚至可以储存比电池更多的能量，甚至有可能取代电池，用于电动汽车、个人电子产品或电网级储能设施中。