聚合物-盐电解质驱动的高性能固态混合锂离子电容器，采用三维导电Nb2O5阳极用于能量存储

《Energy Technology》：Polymer-in-Salt Electrolyte Enabled High-Performance Solid-State Hybrid Lithium-Ion Capacitor with 3D Conductive Nb2O5 Anode for Energy Storage

高浓度聚合物盐固态电解质及三维钽氧化物复合阳极协同构建混合锂离子电容，实现108.3 Wh/kg高能量密度与优异循环稳定性（300次后>80%容量保持率，库伦效率≈99%），有效抑制枝晶并增强电极/电解质界面稳定性。

　　

摘要

为了解决传统储能装置中液态电解质的安全限制和性能瓶颈问题，研究人员开发了一种高浓度聚合物盐基聚合物固体电解质（PiS-PSE）以及一种三维导电结构设计的五氧化二铌（Nb?O?）复合阳极，用于固态混合锂离子电容器（HLICs）。优化的锂双（三氟甲磺酰）酰亚胺/聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（LiTFSI/PVDF-HFP）电解质（质量比3:1）在20°C时的离子电导率为2.09×10?3 S cm?1，并具有优异的电化学稳定性（相对于Li/Li?的电压超过4.5 V）。同时，Nb?O?/石墨烯-碳纳米管复合阳极（NGNT-90%）表现出卓越的伪电容性能和倍率性能（在0.1C电流下放电容量为171 mAh g?1）。这种集成式的固态HLIC在100 W kg?1的功率下可提供108.3 Wh kg?1的高能量密度，在500 W kg?1的功率下仍能保持108.3 Wh kg?1的能量密度，这一性能与已报道的液态锂离子电容器相当。更重要的是，该器件在5C电流下经过300次循环后仍能保持80%以上的电容保持率，并且库仑效率接近100%（约99.0%），这归功于PiS-PSE稳定的电极/电解质界面和抑制枝晶生长的特性。这项工作为下一代安全、高性能的电化学储能系统提供了材料设计的新范例。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。