过渡态离子结构可加快超级电容器充电

超级电容器具有充放电速度快，功率密度大，循环特性好的优点，在新能源微电网调峰、新能源汽车供电系统、快充领域有独特的应用前景。但是相比电池而言，超级电容器的能量密度较小，而这也是限制其应用的主要原因。

想要扩大超级电容器的应用前景，需要在提升能量密度的同时使其保持很快的充放电速度。理论上，这可以通过使用纳米多孔电极作为电极材料，同时，采用具有宽电压窗口的离子液体作为电解质来提高能量密度，但是这样可能会降低超级电容器的充放电速度和功率密度，那是否存在同时提高能量密度和功率的方法呢？

近日，华中科技大学能源学院煤燃烧国家重点实验室冯光教授团队关于离子液体超级电容器充电动态特性的最新研究成果：过渡态离子结构加快亚纳米孔充电。此研究不仅有助于深刻理解离子液体在纳米受限作用下的传质机理，也为纳米多孔电极超级电容器的设计提供了新的思路。

研究人员使用分子动力学模拟方法，研究了亚纳米孔离子液体超级电容器的充电特性，探究了亚纳米孔孔径对离子液体充电性能的影响，并对其机理进行了深入分析和阐释。研究结果表明，与传统认识（孔径越大，充电越快）不同的是：充电时间随孔径增加而震荡变化，充电在特定的孔径会得到加快，并且加快的孔径可以同时获得较高的能量密度和较大的功率密度。此外，研究人员还进一步阐释了其充电加快的传质机理：孔内离层结构的过渡态，加快了纳米孔的充电。

参考文献：

Tangming Mo, Sheng Bi, Yuan Zhang, Volker Presser, Xuehang Wang, Yury Gogotsi, Guang Feng, Ion Structure Transition Enhances Charging Dynamics in Subnanometer Pores,  ACS Nano 2020, DOI:10.1021/acsnano.9b09648