Designing electrolyte with multi-ether solvation structure enabling low-temperature sodium Ion capacitor

溶剂化 电解质 电容器 离子 材料科学 乙醚 化学物理 化学工程 纳米技术 化学 电气工程 物理化学 电压 工程类 有机化学 电极 冶金
作者
Dongming Liu,Mengfan Pei,Xin Jin,Lin Wang,Wanyuan Jiang,Borui Li,Runyue Mao,Xigao Jian,Fangyuan Hu
出处
期刊:International journal of extreme manufacturing [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/2631-7990/adbfe0
摘要

Abstract Sodium-ion hybrid capacitors (SICs) combine the high energy density of batteries with the high power density and long cycle life of capacitors, are considered promising next-generation energy storage devices. To adapt to the demands of high-altitude cold regions, the performance of SICs in low-temperature environments is crucial. The desolvation process of Na + and the transport process in the solid electrolytr interphase (SEI) are determinant for the low-temperature performance of SICs. In this paper, we proposed a multi-ether modulation strategy to construct a solvation sheath with multi-ether participation by modulating the coordination of Na + and solvents. This unique solvation sheath not only reduces the desolvation energy barrier of Na + , but more importantly forms a Na 2 O-rich inorganic SEI and enhances the ionic dynamics of Na + . Benefiting from the excellent solvation structure design, SICs prepared with this electrolyte can achieve energy density of up to 178 Wh/kg and ultra-high power density of 42 390 W/kg at room temperature. More importantly, SIC deliver a record-high energy densities of 149 Wh/kg and 119 Wh/kg as well as power densities of up to 25 200 W/kg and 24 591 W/kg at -20 °C and -40 °C, respectively. This work provides new ideas for the development of high-performance SICs for low-temperature operating environments.
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