缺陷工程碳织物与双添加剂电解质协同构建超耐用柔性铁离子混合超级电容器

为解决柔性储能系统能量/功率密度与成本效益难以兼顾的难题，研究人员通过结构工程与电解液稳定化协同策略，开发出基于碳织物阴极和铁阳极复合材料的突破性柔性铁离子混合超级电容器（IHSC）。该器件采用水热蚀刻-退火处理的碳织物（AHCF）阴极（比表面积876.64 m2 g?1）和双添加剂电解液（EDTA/NaBO2），实现1.31 mWh cm?2的能量密度和20000次循环后94.54%的容量保持率，为可穿戴电子提供了高性能低成本储能新方案。

　　

这项突破性研究展示了一种革命性的柔性储能技术：通过水热蚀刻和退火工艺处理的碳织物（AHCF）作为阴极材料，其独特的纳米孔道（比表面积高达876.64 m² g^?1）和丰富的缺陷结构，显著提升了SO₄^2?离子的传输与存储效率。与之匹配的铁阳极（AHCF-Fe）利用缺陷碳基底有效缓解了铁沉积过程中的体积膨胀问题。

研究团队创新性地采用双添加剂电解液体系——乙二胺四乙酸（EDTA）和偏硼酸钠（NaBO₂），不仅将pH值稳定在3.5的最佳范围，还成功抑制了Fe²⁺离子的腐蚀副反应。这种协同优化策略使器件展现出惊人的电化学性能：面积容量达到6528 mF cm^?2，峰值能量密度1.31 mWh cm^?2（相当于传统锂离子电池水平），同时保持30.32 mW cm^?2的高功率输出。

更令人振奋的是，该器件在20000次充放电循环后仍保持94.54%的容量，创下铁基储能器件的耐久性纪录。分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算揭示了离子扩散动力学增强的分子机制。在实际应用中，这种准固态器件展现出卓越的机械柔性，即使经过弯曲、缝合甚至裁剪后仍能稳定工作，为智能纺织品和可穿戴设备提供了理想的能源解决方案。

这项研究开创性地将电池级能量密度与超级电容器（Supercapacitor）的快速充放特性融为一体，通过巧妙的缺陷工程和电解液分子设计，为下一代柔性电子器件树立了新的性能标杆。