基于植物凝胶衍生活性炭与氧化还原添加剂高分子电解质的双电层超级电容器性能研究

《Scientific Reports》：Electrolyte-pore interface architecture for high performance activated carbon supercapacitors

　　<摘要>采用植物凝胶衍生活性炭（PhAC）电极和醋酸纤维素/EMImTFSI/KI氧化还原生物高分子电解质，制备了氧化还原添加剂型双电层超级电容器（EDLC）。活性炭通过ZnCl?辅助化学活化合成，采用不同的前驱体与活化剂比例来调控孔隙结构和比表面积。组装的对称电池（1 × 1 cm2）在二电极构型下，通过电化学阻抗谱（EIS）、循环伏安法（CV）和恒流充放电（GCD）进行了系统评估，并讨论了氧化还原添加剂、聚合物电解质以及活性炭孔径的影响。KI的引入使电极-电解质界面处能够发生可逆氧化还原反应，在传统双电层电荷储存之外提供了额外的赝电容。在所有器件中，基于PhAC-1的超级电容器因其均衡的微孔/介孔结构而表现出最佳的整体性能，在0.5 A g?1电流密度下，单电极归一化比电容高达约215 F g?1，器件级能量密度约为7.47 Wh kg?1，有效功率密度约为205 W kg?1。与非氧化还原电池的对比研究表明，氧化还原添加剂电解质增强了电荷储存能力，但其对串联电阻、弛豫动力学和有效功率密度的影响取决于电极材料和电池构型。与非氧化还原对照器件相比，基于PhAC-1的氧化还原超级电容器在比电容和能量密度方面提升了近四倍，同时由于氧化还原介导的放电行为，呈现出不同的有效功率密度响应。在0.5 A g?1下进行5000次循环测试发现，Cell#2^R（基于PhAC的氧化还原电池）初始电容损失约为48%，随后循环性能相对稳定，库仑效率为95–98%。这些结果表明，利用可持续多孔碳和氧化还原活性聚合物电解质是提高EDLC能量密度的有效策略。