近日，中國科學技術大學謝毅團隊吳長征課題組與劉光明課題組合作，將具有獨特離子通道的新型兩性凝膠電解質用于全固態超級電容器，獲得了目前石墨烯基全固態超級電容器的最優性能。該兩性凝膠電解質有望成為全固態超級電容器領域中的新型高效電解質。該研究成果5月26日在線發表在NatureCommunications,7:11782(2016)上。論文共同第一作者為中國科大博士生彭旭和碩士生劉慧麗。

面對日益增長的能源需求，全固態超級電容器作為新型儲能設備得到了廣泛關注，而凝膠電解質是其中的關鍵技術材料。為了實現全固態超級電容器快速充放電和高穩定性的需求，發展兼具高離子電導率、優良機械強度和保水性能等諸多優勢的新型凝膠電解質，是當前該領域的重要科學問題。其核心在于如何在凝膠電解質中構建有序離子通道以及理解其內在電化學機制。

面對這個挑戰，吳長征課題組基于兩性凝膠電解質PPDP(聚([3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨內鹽)有序兩性基團形成獨特的離子通道，應用于高效全固態超級電容器。同步輻射軟X射線近邊吸收譜證實了兩性凝膠電解質在外加電場的情況下兩性基團有序，能夠形成獨特的離子通道，有利于凝膠電解質中鹽離子的傳輸。同時，每個兩性基團可以和8個水分子結合形成水化層，使電解質PPDP具有良好的保水特性。構建的石墨烯基全固態超級電容器，在0.8Acm-3的電流密度下，實現了300.8Fcm-3的比容量，并且電流密度增大25倍之后，僅有14.9%的比容量損失，達到了目前石墨烯基全固態超級電容器的最優值。

該項工作構建有序離子通道，為設計新型高效能源存儲器件提供了新思路。

上述研究得到了國家自然科學基金委、科技部、能源材料化學協同創新中心等支持。