電子發燒友網綜合報道

隨著全球能源結構的加速轉型，高效、安全的儲能技術成為推動可再生能源普及的關鍵。在眾多儲能器件中，水系超級電容器憑借其高安全性、長循環壽命和環境友好性，被視為下一代儲能設備的理想選擇。

然而，傳統水系電解液受限于狹窄的電化學穩定性窗口（僅1.23V），導致器件能量密度難以突破，極大限制了其在電動汽車、智能電網等高需求場景中的應用潛力。

近日，西安交通大學李磊教授團隊通過創新性地引入兩性離子功能材料甜菜堿，成功破解了這一技術瓶頸，為水系超級電容器的高性能化開辟了全新路徑。

這一研究成果以《通過甜菜堿調節電極/電解質的界面特性增強超級電容器的能量存儲》為題，發表在知名期刊《儲能材料》上，為水系儲能技術的發展注入了新的活力。

甜菜堿均勻的包覆在活性炭表面，避免水系電解液和活性炭的直接接觸。一方面，甜菜堿吸附電解液中的水，形成新的氫鍵，破壞水的原始氫鍵，從而降低活性炭附近電解液中水的活性，導致器件的工作電壓從1.0V大幅增加到1.4V。

另一方面，甜菜堿對電解液離子的吸附能力比活性炭強，導致器件電容在1Ag-1時由21.35Fg-1大幅增加到27.73Fg-1。

它們的協同作用使超級電容器的能量密度從2.97Whkg-1提高到7.55Whkg-1，增加了接近2.5倍；功率密度從4.54kWkg-1提高到6.82kWkg，增加了1.5倍。

同時，器件還具有良好的循環穩定性，在1.4V和4Ag-1下循環10000次后，電容保持率接近100%。除此之外，這種策略還極大地降低了器件的漏電流以及電壓降。

這項研究的創新之處在于其對固-液界面特性的精準調控。傳統研究往往聚焦于電極材料本身的改性或電解液成分的優化，而李磊團隊則將目光投向了兩者之間的界面區域，通過引入甜菜堿這一簡單高效的媒介，實現了對界面微環境的有效調控，從而突破了水系電解液穩定性窗口的固有限制。這種從界面入手的解決思路，為其他儲能器件的性能優化提供了重要的借鑒意義。

該研究由西安交通大學材料學院碩士生周笑宇作為第一作者完成，青年教師史曉薇和李磊教授擔任共同通訊作者，金屬材料強度全國重點實驗室為唯一通訊單位，并得到了國家自然科學基金的資助，充分體現了我國在儲能材料基礎研究領域的深厚積累和產學研協同創新的強大實力。

隨著新能源汽車、智能電網、便攜式電子設備等領域的快速發展，對高能量密度、高安全性、長壽命的儲能器件需求日益迫切。西安交大團隊的這項研究成果，不僅顯著提升了水系超級電容器的性能指標，更打破了人們對水系儲能技術的固有認知，為其在更多領域的應用鋪平了道路。

同時，這項成果的發表標志著我國在水系儲能領域的研究躋身國際前沿。相較于歐美國家側重于有機電解液體系的研究，我國科學家另辟蹊徑，通過界面工程開辟了水系儲能的新賽道。隨著全球對高安全儲能技術的迫切需求，這種基于綠色化學理念的創新策略，或將引領新一輪儲能技術革命。