Insights into the effects of solvent properties in graphene based electric double-layer capacitors with organic electrolytes

碳酸丙烯酯 电解质 碳酸二甲酯 溶剂 电极 分子 材料科学 化学 乙腈 石墨烯 化学工程 化学物理 有机化学 纳米技术 物理化学 工程类 甲醇
作者
Shuo Zhang,Zheng Bo,Huachao Yang,Jianwei Yang,Liangping Duan,Jun Yan,Kefa Cen
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:334: 162-169 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2016.10.021
摘要

Organic electrolytes are widely used in electric double-layer capacitors (EDLCs). In this work, the microstructure of planar graphene-based EDLCs with different organic solvents are investigated with molecular dynamics simulations. Results show that an increase of solvent polarity could weaken the accumulation of counter-ions nearby the electrode surface, due to the screen of electrode charges and relatively lower ionic desolvation. It thus suggests that solvents with low polarity could be preferable to yield high EDL capacitance. Meanwhile, the significant effects of the size and structure of solvent molecules are reflected by non-electrostatic molecule-electrode interactions, further influencing the adsorption of solvent molecules on electrode surface. Compared with dimethyl carbonate, γ-butyrolactone, and propylene carbonate, acetonitrile with relatively small-size and linear structure owns weak non-electrostatic interactions, which favors the easy re-orientation of solvent molecules. Moreover, the shift of solvent orientation in surface layer, from parallel orientation to perpendicular orientation relative to the electrode surface, deciphers the solvent twin-peak behavior near negative electrode. The as-obtained insights into the roles of solvent properties on the interplays among particles and electrodes elucidate the solvent influences on the microstructure and capacitive behavior of EDLCs using organic electrolytes.

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