蓋世汽車訊 超級電容器是電氣系統的核心元件，可應用於車輛再生制動系統、電源系統以及電子設備。此類裝置亦被稱作超電容器或雙電層電容器，用作儲能設備。電池通過電化學反應存儲電能，而電容器利用離子（帶電粒子）分離來存儲能量。超級電容器本質上是先進的電容器，使用含離子的液體電解質和高表面積電極，實現比傳統電容器更高的儲能容量。不過，採用水基電解質製成的超級電容器雖然更加安全、更加環保，但仍面臨著諸多實際挑戰。

電動汽車電池（圖片來源：interestingengineering.com）

據外媒報導，中國山東大學（Shandong University）研究團隊研發了混合電解質設計，解決了傳統水性超級電容器所面臨的局限性問題。

關於挑戰

超級電容器的功能與快速充電的電池一樣，能夠在數秒內、而非數小時內完成充電。與標準電池相比，超級電容器的設計旨在瞬間釋放能量，而不是長時間地存儲能量。

超級電容器由兩個電極、一個電解質（通常為離子化的水）以及一個隔膜構成。在外加電壓的作用下，電解質中的離子向帶有相反電荷的電極移動，最終形成雙電荷層。隨著施加在電路上的電壓增加，電容器中存儲的電荷和能量也隨之增加。

不過，由於在極低電壓條件下，水會分解成離子，從而會限制超級電容器的能量存儲容量。此外，在極端溫度下，水要麼會結冰要麼會蒸發，對該設備的性能造成阻礙。此類挑戰都阻礙了超級電容器的實際應用，促使研究人員尋找解決方案。

混合電解質

研究人員進行了大量的測試，以創造出一種由三種成分構成的電解質，也稱作三元（三組分）電解質。該電解質由水、名為EMIMNTf₂的離子液體（在室溫下保持液態）以及名為三氟甲烷磺酸鉀（KOTf）的鉀鹽構成。在正常條件下，該離子液體不能很好地與水混合，但是加入鉀鹽，可以改善混合過程。

通過溶解度測試，研究人員發現，電解質成分能夠重新調整水分子在鉀離子周圍的排列方式。此種新型排列方式可防止水分子參與到高壓條件下經常發生的非必要分解反應。由於自由水分子數量減少、有害反應受到限制，該超級電容器能夠承受更高的電壓。此外，此種成分讓該電解質在極端溫度下能夠保持穩定，避免像水一樣失去功能。

優異的性能

研究人員發現，新型電解質能夠在高達3.37伏特的電壓下運行，幾乎是水性超級電容器的三倍。此外，該設備在32°F至212°F（0℃至100℃）的溫度範圍內能夠可靠運行。該超級電容器不僅具有可靠性，而且在高溫下（約140°F/60°C），經過1萬次充放電迴圈後仍能保留81.8%的容量，表明其在存儲電能方面具有穩定性。此種混合電解質設計實現了熱穩定性與高壓運行，是業內首次實現此種技術。