GIST开发提升氧化还原超级电容器性能技术
新材料工学系教授 Yoo Seungjun 研究团队成果
光州科学技术院（GIST）13日表示，新材料工学科Yu Seungjun教授研究团队开发出一项技术，通过精确调控分子尺寸，可将氧化还原超级电容器（Redox EC）的性能大幅提升。
研究团队将有机氧化还原分子的尺寸精确设计到埃（Å）尺度，并进行了优化，使其能够与多孔碳电极高效反应。
氧化还原超级电容器是一种在电解质中加入氧化还原活性物质（能够发生氧化-还原反应的物质），利用这些物质之间的电子得失来实现额外能量储存的装置。
多孔碳是一种在表面具有大量微小孔洞的碳材料，具有极大的比表面积和优异的电导率。在电能储存和促进化学反应方面具有优势，被广泛应用于电池、超级电容器、吸附剂、催化剂载体等多个领域。
通过这一方法，研究团队成功开发出一种具有高能量密度、自放电极低、寿命长等特点的高性能水系氧化还原超级电容器。
传统超级电容器虽然具有充电速度快、寿命长等优点，但由于能量密度较低，其储能容量存在局限。为弥补这一缺点而提出的氧化还原超级电容器，是一种在电解质中溶解氧化还原活性物质，使其通过电子得失实现额外能量储存的下一代技术。然而，由于活性物质在电解质中自由扩散会引发自放电，并且依赖昂贵的离子交换膜，商业化推进一直面临困难。
为解决这些问题，研究团队将活性物质分子的尺寸精确设计为与多孔碳电极的微细孔结构相匹配，从而提出了一种无需额外离子交换膜也能实现高性能的新方案。
这项技术的核心在于发生在电极与电解质接触“界面”上的反应。以往主要通过改变电极孔径大小来调控界面反应，但这种方法制造工艺复杂且成本较高。
对此，研究团队并未改变电极结构，而是通过调控电解质中分子尺寸来精细设计界面相互作用，从而同时实现制造效率和性能的提升。
研究团队以电化学特性优异的“viologen”衍生物为基础，合成出多种形式，并对其进行调控，使之与电极结构精确匹配。
实验结果显示，在1.4V条件下实现了82.3Wh/㎏的高能量密度；在经历1万次充放电循环后，仍保持初始性能的95%以上，展现出优异的耐久性。充电后经过6小时，仍保留88.4%的能量，自放电几乎可以忽略不计。
Yu Seungjun教授表示：“我们将分子尺寸精确调控到埃尺度，构建出了与电极微孔结构完美契合的最优电解质-电极组合。本次研究重新阐明了决定氧化还原超级电容器性能的关键原理，具有重要意义。”
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