黑化TiO2 /电化学氧化石墨烯光热膜提升超级电容器低温性能的研究

针对超级电容器(SC)在低温环境下性能衰减的难题，研究人员开发了黑化TiO2 /电化学氧化石墨烯(EGO)复合光热膜。该材料通过光热效应在-30°C条件下使SC比电容提升351.12%，解决了传统电解质低温失效问题，为极地装备、新能源汽车等领域的储能技术提供了创新解决方案。

　　

在能源技术飞速发展的今天，超级电容器(Supercapacitor, SC)因其高功率密度和快速充放电特性，已成为储能领域的研究热点。然而，当温度降至冰点以下，这些"能量快充站"却像被冻僵的运动员——电解液黏度增加、离子迁移率骤降，导致比电容断崖式下跌。传统解决方案如开发抗冻电解质，犹如给运动员注射兴奋剂，虽能短暂缓解症状，却无法根治"低温麻痹症"。更棘手的是，极地勘探、高空无人机等特殊应用场景对储能设备提出了严苛的低温作业要求，这促使科学家们另辟蹊径，试图通过外部"供暖"唤醒沉睡的电化学活性。

吉林省科技厅资助的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表突破性成果，创新性地将黑化TiO₂
纳米颗粒与电化学氧化石墨烯(Electrochemical Graphene Oxide, EGO)结合，构建出具有广谱光热转换功能的复合薄膜。这种材料就像给超级电容器穿上"智能加热服"，当光照时，黑化TiO₂
的宽带吸收特性将光子转化为热能，EGO则凭借优异导热性实现快速热扩散，在器件周围形成局部高温区，成功将-30°C下的比电容提升至常温水平的3.5倍。

研究团队采用三项核心技术：通过NaBH₄
还原法制备50nm黑化TiO₂
纳米颗粒，利用石墨箔电化学氧化制备EGO，最后将二者复合构建柔性光热膜。在-15°C和-30°C条件下，采用恒流充放电测试评估封装SC的电化学性能，并通过红外热成像监测温度分布。

【Preparation Method】章节显示，黑化TiO₂
在400°C氩气氛围中热处理后，氧空位浓度显著增加，使其光吸收范围扩展至可见光区。EGO制备过程中，H₂
SO₄
/NaCl电解液体系产生的·OH自由基促使石墨层间产生含氧官能团，形成三维多孔结构。

【Results and discussion】部分证实，复合膜在AM1.5光照下表面温度可达58.3°C，热导率达152W/(m·K)。SC测试数据显示，光照条件下-30°C时的质量比电容达142.5F/g，较无光照条件提升351.12%，且经过1000次循环后容量保持率达91.7%。

【Conclusions】指出，这种"内外兼修"的热管理策略突破了传统电解质优化的局限：黑化TiO₂
的缺陷工程增强了光捕获能力，EGO的三维导电网络既加速热传导又促进离子传输。该研究为发展自供电式极地储能设备提供了新思路，其材料体系每平方米成本仅2.3美元，具备产业化潜力。论文通讯作者Xuesong Li强调，这项技术未来可望与柔性电子结合，为可穿戴设备在寒带地区的应用扫清障碍。