MIT研发新型离子液体提高超级电容器性能 或让超级电容器取代电池

据国外媒体报道，超级电容器是一种可以存储和释放能量的电子设备，它有一层电解质——一种导电材料，可以是固体、液体或介于固体和液体之间。现在，麻省理工学院(MIT)与几家机构合作开发了一种新型液体，这种液体可能会提高这类设备的效率和稳定性，并降低可燃性。

(图片来源:麻省理工学院)研究人员表示，这项研究可能代表了电化学储能的新范式。几十年前，研究人员发现了一种新材料——离子液体(本质上是液体盐)，但研究小组在这种离子液体中添加了一种化合物，类似于用于分散泄漏石油的表面活性剂。加入这种化合物后，离子液体“具有非常新颖的性质，变得非常粘稠。”研究人员说:“很难想象这种粘稠的液体可以用来储存能量，但我们发现，一旦温度升高，这种液体可以储存比许多其他电解质更多的能量。”但其实这并不十分奇怪，因为随着温度的升高，其他离子液体的粘度会降低，储能能力会增强。然而，目前的情况是，虽然离子液体的粘度仍然高于其他已知的电解质，但其容量仍然随着温度的升高而迅速增加，最终其整体能量密度超过了许多传统电解质，其稳定性和安全性也更高。液体的高效储能能力来源于液体中的分子会自动排列并最终在金属电极表面形成层状结构。这种分子的一端有一个尾巴。排列后，头部要么正对电极，要么远离电极，尾部会聚集在中间形成三明治状结构，称为自组织纳米结构。这种高度有序的结构可以防止在其他离子液体中可能出现的“过度过滤”现象。当它出现在其他离子液体中时，聚集在电极表面的第一层离子(带电原子或分子)比表面相应的电荷含有更多的离子，导致离子分布更分散或离子层更厚，导致储能效率低。然而，研究人员制造的液体具有特殊的结构，电荷集中在电极表面。研究人员将这种新材料称为SAILs，即表面活性离子液体，在高温储能方面有很多应用，例如在石油钻井或化工厂等高温环境中。“我们的电解质在高温下非常安全，性能也更好。相比之下，锂离子电池中的一些电解质非常易燃。”研究人员表示，这种材料可以帮助提高超级电容器的性能。超级电容器可以用来储存电能，有时作为电动汽车电池系统的补充，可以为电动汽车提供额外的动力。与传统电解质相比，使用这种新材料的超级电容器的能量密度提高了4至5倍。与电池相比，未来的超级电容器在采用新的电解质后，可能能够储存更多的能量，甚至可能在电动汽车、个人电子产品或电网级储能设施等应用中取代电池。此外，该材料还可用于各种新兴的分离过程。许多新开发的分离过程需要电控制，例如捕获二氧化碳和从废物中回收资源，以及其他化学处理和精炼应用，而这种具有高电导率的离子液体非常适合这种应用。研究人员最初开发的材料只是SAIL化合物的一种可能性，该团队将继续开发不同的可能化合物，并针对特定应用优化参数。据国外媒体报道，超级电容器是一种可以存储和释放能量的电子设备，它有一层电解质——一种导电材料，可以是固体、液体或介于固体和液体之间。现在，麻省理工学院(MIT)与几家机构合作开发了一种新型液体，这种液体可能会提高这类设备的效率和稳定性，并降低可燃性。

(来源:麻省理工学院)研究人员表示，这……搜索可能代表了电化学能量存储的新范例。几十年前，研究人员发现了一种新材料——离子液体(本质上是液体盐)，但研究小组在这种离子液体中添加了一种化合物，类似于用于分散泄漏石油的表面活性剂。加入这种化合物后，离子液体“具有非常新颖的性质，变得非常粘稠。”研究人员说:“很难想象这种粘稠的液体可以用来储存能量，但我们发现，一旦温度升高，这种液体可以储存比许多其他电解质更多的能量。”但其实这并不十分奇怪，因为随着温度的升高，其他离子液体的粘度会降低，储能能力会增强。然而，目前的情况是，虽然离子液体的粘度仍然高于其他已知的电解质，但其容量仍然随着温度的升高而迅速增加，最终其整体能量密度超过了许多传统电解质，其稳定性和安全性也更高。液体的高效储能能力来源于液体中的分子会自动排列并最终在金属电极表面形成层状结构。这种分子的一端有一个尾巴。排列后，头部要么正对电极，要么远离电极，尾部会聚集在中间形成三明治状结构，称为自组织纳米结构。这种高度有序的结构可以防止在其他离子液体中可能出现的“过度过滤”现象。当它出现在其他离子液体中时，聚集在电极表面的第一层离子(带电原子或分子)比表面相应的电荷含有更多的离子，导致离子分布更分散或离子层更厚，导致储能效率低。然而，研究人员制造的液体具有特殊的结构，电荷集中在电极表面。研究人员将这种新材料称为SAILs，即表面活性离子液体，在高温储能方面有很多应用，例如在石油钻井或化工厂等高温环境中。“我们的电解质在高温下非常安全，性能也更好。相比之下，锂离子电池中的一些电解质非常易燃。”研究人员表示，这种材料可以帮助提高超级电容器的性能。超级电容器可以用来储存电能，有时作为电动汽车电池系统的补充，可以为电动汽车提供额外的动力。与传统电解质相比，使用这种新材料的超级电容器的能量密度提高了4至5倍。与电池相比，未来的超级电容器在采用新的电解质后，可能能够储存更多的能量，甚至可能在电动汽车、个人电子产品或电网级储能设施等应用中取代电池。此外，该材料还可用于各种新兴的分离过程。许多新开发的分离过程需要电控制，例如捕获二氧化碳和从废物中回收资源，以及其他化学处理和精炼应用，而这种具有高电导率的离子液体非常适合这种应用。研究人员最初开发的材料只是SAIL化合物的一种可能性，该团队将继续开发不同的可能化合物，并针对特定应用优化参数。

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