在电化学电容器电解液中加入氧化还原活性分子可以增加比能量密度。

有鉴于此，美国俄勒冈大学的Shannon W. Boettcher教授、光州科学技术院Seung Joon Yoo和厦门大学李剑锋教授等人，阐述了微孔(0.6-2 nm)到介孔(2-3 nm, 5-30 nm)范围内分级孔径碳作为氧化还原增强型电化学电容器电极材料的工作机理和设计原则。

本文要点

1）重点研究了它们的孔径分布，从微孔(0.6-2 nm)到中孔(2-3 nm和5-30 nm)，比表面积从约500到4000 m²/g，以及电极的自由体积，以了解其工作机制以及孔隙结构如何影响性能。然后，提供了电极工程的设计指南，以最大限度地提高氧化还原ECs的器件性能。

2）当使用碘化物作为模型氧化还原添加剂时，发现当包含空隙时，氧化还原容量与碳电极的孔体积相关。在孔径>为1 nm时，放电速率最快，而缓慢的自放电需要孔径<1 nm的孔。当不使用离子选择性膜分离器使用时，输送的容量与碳中所含氧化还原物质的数量相关。商业微孔碳MSC30的孔尺寸具有明显的层次结构，包括小于<0.8 nm的小孔和较大的1.1–3 nm的孔，显示出最佳的整体性能，阐明了关键的设计原理。

3）在此使用的代表性实例的卤离子，例如碘离子，在碳材料的表面进行快速氧化还原反应。碘离子的腐蚀性小于溴离子(氧化时)，因此更适合于基础研究。碘离子半径为0.22 nm，聚碘离子的线状结构长度约为0.5 nm (I₂)到0.9 nm (I₃^-)。电解质水溶液中的氧化反应可分为两个步骤：首先将I^-转化为I₂，然后与电解液中剩余的I^-络合形成水溶性的I₃^-。

参考文献：

Yang Zhao et al. What Structural Features Make Porous Carbons Work for Redox-Enhanced Electrochemical Capacitors? A Fundamental Investigation. ACS Energy Lett., 2021.

DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02424

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02424