碘掺杂碳干凝胶电极对准固态超级电容器电容性能及长期稳定性的影响机制研究

本文创新性地构建了基于碳干凝胶(CX)电极、磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜和碘化钾(KI)氧化还原添加剂的准固态超级电容器，通过优化双电层电容(EDLC)与赝电容协同机制，实现了200 F·g?1的高比电容和18.5 Wh·kg?1的能量密度。研究证实Na+-SPEEK膜能有效抑制I3?/I2氧化还原穿梭效应，使器件在1.6V宽电压窗口下保持20,000次循环稳定性，为新一代储能器件开发提供新思路。

　　

Highlight

本研究设计了一种新型超级电容器，采用碳干凝胶(CX)电极、钠型磺化聚醚醚酮(Na⁺-form SPEEK)聚合物电解质膜，以及在正极侧加入碘化钾(KI)氧化还原活性物质。该器件凭借充电过程中形成的活性I₃^–/I₂/I^–氧化还原物种，展现出卓越的性能指标——这些活性物质在碳电极表面与氧化还原电解质产生协同效应，显著提升了整体电化学表现。

Conclusions

通过系统研究可以得出：

1. 1.

   采用不对称电极设计（正极质量比负极高33%）能有效抑制副反应，使器件在1.6V高压窗口下保持稳定；

2. 2.

   碘基氧化还原添加剂将比电容提升至208 F·g^?1，能量密度达18.5 Wh·kg^?1；

3. 3.

   Na⁺-SPEEK膜如同智能离子筛，选择性传导Na⁺同时阻断I₃^?扩散，使自放电率降低40%；

4. 4.

   经过20,000次充放电循环和300小时电压保持测试后，电容保持率仍超过90%，展现"双高"特性——高能量密度与长循环寿命。

这项研究为开发低成本、高安全性的准固态储能器件提供了创新解决方案，其中碘化学的巧妙运用犹如给传统超级电容器装上了"能量倍增器"。