增加超级电容器电荷的建议方法

来自 MIEM HSE 和莱比锡非经典化学研究所的科学家们提出了一种新的超级电容器理论模型。它首次考虑了阳离子的特性，这些特性显着影响了超级电容器的电容。这是电化学领域的第一个此类工作。据作者称，该模型应该允许工程师在未来创造出更强大的能源。

增加超级电容器电荷的建议方法

这项工作的结果发表在The Journal of Physical Chemistry C上。该研究是在俄罗斯科学基金会的资助下进行的。超级电容器是将能量存储在电极表面的双电层中的装置（例如，铂、金、碳电极工作）。

超级电容器或超级电容器是一种电容器和电池的混合体，与它们相比，它具有许多优点。首先，它的特点是高蓄电率，其次是更大的电容量。就每单位质量的比电容而言，超级电容器在低得多的电压下明显优于传统电容器。

离子液体阳离子的极化率增加导致超级电容器的差分电容增加

超级电容器的金属电极板和离子层之间的有效距离在双电层中只有几纳米。因此，即使在低施加电压下，超级电容器也可以存储巨大的电能。

该文章的作者分析并确定了离子液体的阳离子（带正电的离子）的性质如何影响超级电容器的电容。现有的理论模型将超级电容器中的离子描述为无结构的带电粒子，但没有具体说明一种离子与另一种离子的不同之处。

但对于离子液体来说，不仅每个离子的电荷和大小很重要，而且阳离子的偶极矩和电子极化率等特性也很重要。科学家们分析了微分电容如何随着离子液体及其稀溶液的永久偶极矩和阳离子的静态极化率的增加而随电压变化。

电容是指示双电层可以存储多少电能的主要特征。

在这两种情况下，阳离子的极化率或永久偶极矩的增加都会导致负电压下差分电容的显着增加。作者通过具有恒定或感应偶极矩的阳离子在非均匀电场中对电极的额外吸引力来解释差分电容的这种行为。

偶极矩是偶极子电荷的大小和它们之间的距离（偶极子的长度）的乘积。

“我们展示了一件非常重要的事情，” HSE MIEM教授 Yury Budkov解释道。- 容量 - 这是显示双电层可以存储多少能量的主要特征 - 对有机阳离子的偶极矩和极化率的变化敏感。这使得电化学工程师实验者如果想要实现大容量，可以预先选择这样一种离子液体，其阳离子具有大的偶极矩或极化率。

电子极化率是决定粒子在外部电场中获得感应偶极矩的能力的量。

科学家们指出，他们的工作是基础性的，未来将允许实验工程师在设计超级电容器时进行更准确的计算。它们被用作各种行业的电源——从住房到替代能源，以及电子和移动设备、数字设备。它们在那里充当微控制器、存储芯片和电子手表的自主或备用电源。

“我们计划开发软件，可以预测各种离子液体和电解质溶液在特定电极（碳、金、铂）上的电容特性。此外，该软件将考虑与离子介电特性相关的影响，”Budkov 教授强调说。