超级电容器是一种重要的电能存储技术，具有高功率性能和优异的循环性能。然而，目前商业化的超级电容器仍然受到能量密度的限制。

近日，华东理工大学李春忠教授，Long Chen，Cheng Lian，牛津大学Xiangwen Gao探索了一条提高超级电容器能量和功率密度的新途径，为未来的电化学储能器件提供了一个气体呼吸的概念。

文章要点

1）研究人员构建了一个呼吸式超级电容器，在饱和NaCl水溶液中充电/放电期间，氯气在多孔碳中反复吸入和呼出，从而提供高功率和能量密度。

2）孔径约为3 nm的多壁碳纳米管表现出最佳的析氯和吸附性能。在充电/放电期间，氯析出的原位显微图像和微分电化学质谱(DEMS)曲线证明没有氯气从电极逸出。当孔径小于2 nm时，由于高形成能，很难放出和保持氯气。在MCNTs上呼吸的氯(CR- MCNTs)可以将比容量增加一个数量级，从4 mAh/g增加到10A/g时的39 mAh/g，甚至在55000次循环后仍保持98%的极高容量。Cl2/Cl在1.35 V时的高电位也显著提高了能量密度。

3）CR-MCNTs/NaTi₂(PO₄)₃超级电容器装置在257 C的速率下提供33 Wh/kg的能量密度(充电/放电14秒)，在30000次循环后容量损失可忽略不计。它还可以在2571 C的速率下提供50000 W/kg的极高功率密度，同时保持16 Wh/kg的能量密度。当使用锌负极时，能量密度可以进一步提高到53 Wh/kg。这些性能优于同类商用超级电容器和传统水系电池。

参考文献

Xiaotong Fan, et al, High Power- and Energy-density Supercapacitors through the Chlorine Respiration Mechanism, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215342

DOI: 10.1002/anie.202215342

https://doi.org/10.1002/anie.202215342