在当今快速发展的技术环境中，对可靠的能源存储解决方案的需求从未如此之大。随着我们对电子设备的依赖日益增加，特别是在航空、太空探索和卫星操作方面，对能够承受极端温度的能量存储的需求是至关重要的。
几十年来，电池一直是能量存储的基石，提供高能量密度，但受到安全问题和极端温度下性能有限的困扰。与此同时，以高功率和耐用性著称的电容器，在能量密度上一直难以与电池匹敌。假电容器是一种弥合电池和电容器之间差距的装置，可提供高功率和高能量密度。
出于探索传统电池替代方案的好奇心，我开始了一段解锁伪电容器潜力的旅程。这项研究发表在《小》杂志上。
与我的同事Chirodeep Bakli博士(印度理工学院Kharagpur)和Hyunyoung Jung博士(韩国GNU)一起，我们冒险进入了未知的领域，推动了能量存储技术的边界，为极端气候条件下的个人和便携式柔性电子设备供电，比如在珠穆朗玛峰的顶部或死亡谷，具有高能量/功率密度，最高的操作安全性和超长的循环寿命。
我和我的博士学者Yadav Prahlad一起开发了用于水性锌离子电池的氧化钒基阴极材料。我们发现氧化钒的某些相在水基电解质中也表现出很高的赝电容。然而，由于水基电解质的电化学稳定性窗口较差，使得电池的工作电压限制在~1 V，这一电压太低，无法提高电池的能量密度。
从传统的水包盐型电解质切换到盐包水型电解质后，我们观察到工作电压窗(~2.5 V)和电容的显着改善，从而导致高能量密度。然而，只有盐包水电解质，这是一种高度浓缩的电解质，由于低温下盐的沉淀，限制了低温操作。但对于实际应用，我们正在寻找一种电解质，可以支持高工作电压，并在任何环境下工作，包括最冷或最热的地区。
我们提出了一种2.5 V、全气候可操作的假电容器，该假电容器采用激光刻写、石墨烯支撑、电沉积氧化钒作为电极，以及一种新型的盐包水混合电解质，具有高能量和功率密度、最高的运行安全性和超长的循环寿命。
我们的突破来自于一种新型电极材料的开发:使用CO2激光将氧化钒(V5O12·6H2O)电沉积在聚酰亚胺薄膜衍生的数字间图案激光刻写石墨烯上。该装置的制造速度很快，而且电极结构也可以在小范围内进行设计，以适应小型化电子产品的应用。
补充电极是一种新的盐中水混合(WISH)电解质，它将假电容器的工作温度范围扩展到前所未有的-40°C至60°C。WISH电解质由高浓度(17 m)高氯酸钠盐溶解在水和乙二醇的溶剂混合物中组成。乙二醇是一种众所周知的防冻剂，可以将工作温度限制低至-40℃。
所使用的电解液是易燃的;因此，没有火灾危险或热跑道问题，这通常是使用有机电解质的高压设备的问题。我们的伪电容器在室温下的面电容为234.7 mF/cm2，相当于203.7µWh/cm2的高能量密度，具有高能量和功率性能。
即使在极冷的-40°C下，它也能保持129.8 mF/cm2的惊人电容。此外，在室温下80,950次充放电循环后，其保持了76%的初始电容，突出了其卓越的稳定性和耐用性。我的同事，来自印度理工学院Kharagpur分校的Chirodeep Bakli博士，帮助我们了解了不同温度下电极-电解质界面的界面相互作用。
这一成就的意义超越了科学进步。它代表了储能技术的范式转变——优先考虑多功能性、可靠性和可持续性。从在恶劣气候条件下为远程传感器供电，到实现可再生能源集成，柔性伪电容器是实现更清洁、更有弹性的能源未来的关键。
这个故事是科学X对话的一部分研究人员可以报告他们发表的研究论文中的发现。请访问此页面获取信息关于科学X对话以及如何参与。
更多信息:Prahlad Yadav等人，具有前所未有的能量和循环效率的2.5 V平面内柔性伪电容器，用于全天候应用，Small(2024)。DOI: 10.1002 / smll.202400975期刊信息:
Debasis Ghosh博士是JAIN(被视为大学)纳米与材料科学中心的副教授。他也是韩国庆尚国立大学的客座教授。他的研究兴趣是不同的可充电电池、超级电容器和氢气生产。
引用柔性伪电容器抵抗极端气候，包装能量冲击(2024,5月8日)从https://techxplore.com/news/2024-05-flexible-pseudocapacitor-defies-climate-extremes.html检索2024年5月8日 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
