研究表明在较高充电电压时低聚离子液体电解液比单阳离子液体具有更高的电容和能量密度。然而，低聚离子液体的高粘度特性将阻碍离子向电极的输运，进而降低超级电容器的功率性能。近年来，大量的实验和数值模拟研究表明，在单阳离子液体中添加有机溶剂能有效促进离子扩散速度和电导率的提高，且不会降低超级电容器的储能性能。因此，使用低聚离子液体和有机溶剂混合电解液代替纯低聚离子液体可能是解决低聚离子液体电解质高粘度和低电导率的理想措施。与单阳离子液体相比，低聚离子液体具有更复杂的结构和内部离子作用机制，有机溶剂对低聚离子液体动力性能及双电层结构和电容性能的影响仍有待揭示。

为了研究上述问题，华北电力大学工程热物理研究中心李丹丹同学作为第一作者，李尔超同学作为第二作者，杨燕茹老师作为第三作者，王晓东教授和冯光教授共同作为通讯作者，在物理化学领域国际期刊Journal of Physical Chemistry B上发表了以有机溶剂对低聚离子液体动力性能和双电层性能的影响为主题的论文，论文题目为“Structure and Capacitance of Electrical Double Layers in Tricationic Ionic Liquids with Organic Solvents”。该项工作主要研究了不同离子浓度的混合溶液中阴阳离子的相互作用、离子与溶剂的相互作用、离子的扩散特性以及电导率的变化。在此基础上分析了有机溶剂对双电层微观结构和电容性能的影响，并与纯低聚离子液体双电层进行比较，阐释了混合电解液中双电层的电荷存储机制。

【论文概述】

本文通过分子动力学模拟研究了不同浓度的低聚离子液体和不同性质有机溶剂混合电解液的体相和双电层性质，揭示了有机溶剂对离子动态性能和超级电容器储能性能的影响及作用机理。研究发现，离子以离子对形式存在于高浓度溶液中，有机溶剂削弱了阴阳离子间的强相互作用，离子对结构解离，形成离子溶剂化结构，促进电极中的离子输运，提高低聚离子液体的电导率，乙腈溶剂中离子液体浓度为0.55 M时电导率最大，为纯低聚离子液体的45倍。结果表明，低聚离子液体双电层微分电容与电压的依赖关系与有机溶剂无关，较低极性的溶剂乙腈可有效提升双电层电容。0.55 M的低聚离子液体和乙腈混合电解液可使超级电容器兼具高能量和高功率密度性能。

论文得到了国家自然科学基金重点项目(No. 51936004)；国家自然科学基金创新研究群体科学基金项目(No. 51821004)的支持。

撰稿人：李丹丹