[科学技术]新型“离子液体”电解质：可储存更多能量 降低着火风险

离子液体中带有长尾(蓝色)的大阴离子可以使其在电极表面自组装成三明治双层结构。这种结构的离子液体大大提高了储能能力。毛贤文提供的图片

根据麻省理工学院(麻省理工学院)的官方网站，麻省理工学院和其他几个机构的研究人员开发了一种新型液体电解质，这可能为提高超级电容器的效率和稳定性同时降低其可燃性开辟新的可能性。

超级电容器是介于传统电容器和可充电电池之间的一种新型储能装置。它具有电容器快速充放电和电池储能的特点。它需要一层电解质——一种可以是固体、液体或介于固体和液体之间的导电材料。

几十年来，研究人员发现了一种叫做离子液体的物质，本质上是一种液态盐。不同之处在于麻省理工学院的团队在这些液体中加入了一种类似表面活性剂的化合物。随着这种材料的加入，离子液体“具有非常新的奇怪的性质”，包括变得非常粘稠。这一发现发表在《自然材料》杂志上，麻省理工学院博士后毛贤文博士是这篇论文的第一作者。

“很难想象这种粘性液体可以用来储存能量，”毛显文说。“但是我们发现，一旦我们提高温度，它就能储存更多的能量。它的总能量密度超过许多传统电解质，具有更高的稳定性和安全性。”

据报道，有效性的关键在于液体中分子的自动排列，最终在金属电极表面形成层状结构。这些分子一端有尾巴，头朝向或远离电极，尾巴全部聚集在中间形成三明治。这就是所谓的自组装纳米结构。

这种高度有序的结构有助于防止一种称为“滤网”的现象，这种现象使电荷集中在表层。

这种新材料被研究人员称为sail，用于表面活性离子液体，可用于许多高温储能应用，如石油钻井或化工厂。“我们的电解液非常安全，甚至在高温下性能更好，”毛显文说。相比之下，锂离子电池中的一些电解质非常易燃。

而且这个装置可以用来储存电能，有时候还可以用来补充电动车的电池系统，提供额外的动力。在超级电容器中使用这种新材料可以将其能量密度提高4到5倍。

此外，这种材料还可以用于各种新的分离过程。例如，在二氧化碳捕获、废物流资源回收等方面。

该研究团队包括麻省理工学院的、任、吉里奥·帕多瓦和玛格丽塔·科斯塔·戈麦斯，里昂师范学院的蒂拉德·尔温卡，布里斯托尔大学的加文·哈泽尔和朱利安·伊斯特，西澳大学的李华和阿特金，以及法国格勒诺布尔马克斯·冯·劳埃-保罗·朗之万研究所的伊莎贝尔·格里洛。

斯坦福大学材料科学与工程教授崔屹评论说:“具有两亲结构的表面活性离子液体(帆板)可以在电极表面自组装，提高带电表面的电荷存储性能，这是一个非常令人兴奋的结果。它可能会对高能量密度超级电容器的设计产生重大影响，也可能有助于提高电池性能。”

康奈尔大学蒂斯奇大学(Tisch University)教授尼古拉斯·艾伯特(Nicholas abbott)也表示:“这篇论文描述了界面电荷存储的一个非常聪明的进展，优雅地展示了如何利用界面上的分子自组装知识来应对当代技术。挑战。”

这项工作得到了麻省理工学院能源项目、麻省理工学院斯科尔技术奖学金和捷克科学基金会的支持。