Optimal Design of a Small-Molecule Crowding Electrolyte and Molecular Dynamics Simulation of an Electrode–Electrolyte Interface for Aqueous Supercapacitors with a Wide Operating Temperature Range

电解质 超级电容器 电极 分子动力学 材料科学 水溶液 乙二醇 化学物理 电解水 电容 化学工程 电解 化学 物理化学 计算化学 工程类
作者
Di Wu,Huajie Feng,Li Hua Xu,Wen Yu Zhang,Zhong Jie Zhang,Xiang Ying Chen,Peng Cui
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (1): 355-366 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsaem.1c02889
摘要

Designing a high-voltage aqueous electrolyte with a wide temperature range is essential to realize low-cost and high-safety supercapacitors (SCs). However, the theoretical decomposition voltage of water seriously limits the energy density and practical application. Herein, we propose a simple strategy to form small-molecule crowding electrolytes (SMCEs) by modulating the hydrogen bond network of water and ion interaction via ethylene glycol (EG). Therefore, the working voltage and specific capacitance of activated carbon-based SCs using SMCEs increase to 1.8 V and 165 F g–1, respectively. Significantly, molecular dynamics simulations reveal that the highly crowded environment induced by EG makes most of the water molecules be squeezed out of the electrode–electrolyte interfacial region, thereby inhibiting the H2O electrolysis on the surface of the charged electrode. This work provides an innovative strategy for the application of high-voltage aqueous SCs.
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