农大有理｜理学院王霄鹏、王丽霞老师团队在超高能量密度水系混合电化学电容器领域取得重要进展
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近日，理学院王霄鹏、王丽霞老师团队在混合电化学电容器领域取得重要进展。
具有较宽操作电压范围的滤波电容对线充体系中纹波的平滑极其重要，但目前已报道的滤波电容能量密度普遍较低，工作电压范围普遍较窄。本研究团队开发了一种水系混合电化学电容器，其在120 Hz频率时的面积比能量密度为1.29 mF V2 cm−2，远高于目前大多数水系滤波电容器 (图1a(I), b)。有意思的是，通过简单的工艺，可实现器件的大规模集成，同时集成器件呈现出杰出的柔性、可控且稳定的滤波性能 (图1a(II)，c)。例如，在相同测试条件下，工作电压10 V的集成电容器 (7个单元器件的集成) 输出纹波电压仅为 96 mV，该值比具有相近电容值的商业铝电解电容纹波电压小10倍。并且将670个单元器件集成，可实现近 1000 V的交流滤波。该工作电压值是目前报道的滤波电容工作的最高值，也是商业铝电解电容最高工作电压 (~700 V) 的1.5倍 (图1d)。此项研究对于电子电路系统中需要极端电压下的电信号平滑提供了新的思路。
该研究成果以“Aqueous hybrid electrochemical capacitors withultra-high energy density approaching for thousand-volts alternating current line filtering”为题，在线发表在国际知名期刊《Nature Communications》上。该工作得到国家自然科学基金委(编号：21805072)，校拔尖人才(编号：30500738)、青年英才项目(编号：30500601) 和仿生应用化学团队项目的支持。理学院化学专业研究生李洲为第一作者，王霄鹏、王丽霞老师为通讯作者，河南农业大学为第一通讯单位。
图1 . 单元电容器ACPEC(I)和集成电容器n-ACPECs (II) 的制备过程示意图及电化学性能。(a)单元电容器ACPEC(I)和集成电容器n-ACPECs (II) 的制备过程示意图。(b)单元电容器ACPEC与目前已报道水系滤波电化学电容器的电化学性能比较。(c)集成电容器n-ACPECs集成过程中确保了单个单元的电化学同步性，反应在器件120 Hz面积比能量密度和工作电压成非常好的线性关系。(d)集成电容器n-ACPECs工作电压1000 V是目前报道的滤波电容工作电压的最高值。
全文链接地址：
https://doi.org/10.1038/s41467-022-34082-2
统筹策划｜孙 晴
责任编辑｜马 成 高 航
封面编辑｜陈思帆
本期编辑｜付榕榕