High-voltage, low-temperature supercapacitors enabled by localized “water-in-pyrrolidinium chloride” electrolyte

电解质 超级电容器 电化学窗口 摩尔浓度 电化学 电导率 氯化物 溶剂化 化学 化学工程 无机化学 水溶液 离子液体 盐(化学) 材料科学 离子电导率 离子 有机化学 电极 物理化学 工程类 催化作用
作者
Peng Zhang,Weili Zhang,Zhengjie Wang,Xuefei Wang,Qingjuan Ren,Shuai Zhang,Yujia Wang,Liang He,Pan Liu,Qingyin Zhang,Zhiqiang Shi
出处
期刊:eScience [Elsevier]
卷期号:3 (6): 100184-100184 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.esci.2023.100184
摘要

Aqueous electrolytes offer superior prospects for advanced energy storage. “Water-in-salt” (WIS) electrolytes exhibit a wide electrochemical stability window (ESW), but their low conductivity, high viscosity, and precipitation at low temperatures restrict their application. Herein, we report a novel localized “water-in-pyrrolidinium chloride” electrolyte (LWIP; 1 ​mol/L, N-propyl-N-methylpyrrolidinium chloride/(water and N,N-dimethylformamide, 1:4 by molality)) enabling high-voltage, low-temperature supercapacitors (SCs). The greatly improved ESW (3.451 ​V) is mainly attributed to the strong solvation between Cl− and water molecules, which broadens the negative stability. This water-binding mechanism is very different from that of a WIS electrolyte based on alkali metal salt. SCs using LWIP electrolytes not only yield a high operating voltage of 2.4 ​V and excellent capacity retention (82.8% after 15,000 cycles at 5 ​A ​g−1) but also operate stably at −20 ​°C. This work provides new approaches for the design and preparation of novel electrolytes.
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