近日，学院莫唐明老师设计了一种新型的纳米多孔电极，同时提升了超级电容器的能量密度与功率密度，并阐明了入口效应对超级电容器充放电的影响机理。该成果以《喇叭状入口结构提升纳米多孔电极超级电容器充电速度与能量储存》（Horn-like pore entrance boosts charging dynamics and charge storage of nanoporous supercapacitors）为题，发表在权威期刊《ACS Nano》。莫唐明老师是该论文的第一作者，37000cm威尼斯为第一完成单位。
超级电容器具有充电快、功率高等优点，在新能源发电、新能源汽车、国防军事等领域发挥着重要作用。但超级电容器能量密度无法与电池媲美，维持其高功率密度的同时提升能量密度是研发的核心难题。纳米多孔电极具有比表面积大和电导率高的优点，离子液体具有工作电压宽的优势，它们的组合可以提高能量密度，被视为下一代超级电容器最有前景的材料之一。特别是当多孔电极的尺寸与离子液体离子尺寸相匹配时，可以达到最大的电容和能量密度。然而，多孔碳的纳米限域效应和离子液体的高粘度导致离子传输缓慢，降低了超级电容器的充电速度与功率密度。这也是多孔电极-离子液体超级电容器发展遇到的关键挑战。
针对上述问题，莫唐明老师团队设计了一种新型纳米多孔电极，同时提升了超级电容器充电速度与电容。论文对纳米多孔电极储能机理进行了深入的探究，阐明充电速度得到加快是由于离子进入孔时的一步脱溶剂化过程转变为逐步脱溶剂化过程，降低了离子吸附的能垒，从而优化了了离子吸附的速度；与此同时阴阳离子分离的传输路径，避免了“过填充”现象的产生，优化了离子的解吸附过程。电容的提升得益于多离子协同传输降低了离子吸附与解吸附所需的能量。该工作揭示了多孔电极入口结构对超级电容器能量储存的影响及其规律，为提高超级电容器性能提供了一种有效可行新方案。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03886
