注：文末有研究团队简介 及本文科研思路分析
超级电容器是一类具有高输出功率和长循环寿命的新型储能器件。由于超级电容器是通过电解液离子在双电层上的物理吸附来实现能量存储，在充放电过程中离子能够在静电力的作用下快速移动，因而超级电容器具有极高的输出功率（通常能在数十秒内充放电完毕）和超长的循环寿命（超过十万圈）。此外，由于超级电容器的能量密度与工作电压的平方成正比（ E = 1/2 CV2），商用的超级电容器通常采用有机电解液或离子液体，来获得较高的能量密度（约10 Wh kg-1）。尽管如此，超级电容器的能量密度仍然无法满足实际应用的需求。并且有机电解液通常具有易燃性同时对纯度有极高的要求尤其是水含量，这些增加了超级电容器的安全风险和制造成本。复合型超级电容器是一种同时具有高能量密度和高功率输出的复合型器件，但是这种器件通常是以循环寿命为代价来提高器件的能量密度。因此，开发具有高能量密度同时具有超长循环寿命的复合型超级电容器具有重要意义，尤其是使用安全便宜同时具有宽电势窗口的水系电解液。
基于此，香港城市大学材料科学与工程学系张文军讲座教授（点击查看介绍）和机械系张开黎副教授（点击查看介绍）开发了一种具有与EDLC超级电容器相当稳定性的锌离子复合型超级电容器。通过研究电解液成分对锌沉积库伦效率的影响，分析锌沉积的形貌和化学成分，发现在3 M和4 M Zn(CF3SO3)2电解液中具有较高的锌沉积库伦效率，这得益于该电解液对锌支晶的生长和副产物形成的抑制。基于3M Zn(CF3SO3)2电解液，作者构建了具有超宽工作电压（1.9V）和超高循环稳定性（高达80, 000圈）的Zn-aMEGO复合型超级电容器。相关工作发表在Advanced Energy Materials。
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An Aqueous Zn‐Ion Hybrid Supercapacitor with High Energy Density and Ultra-stability up to 80000 Cycles
Shuilin Wu, Yatu Chen, Tianpeng Jiao, Jun Zhou, Junye Cheng, Bin Liu, Shaoran Yang, Kaili Zhang, Wenjun Zhang
Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1902915, DOI: 10.1002/aenm.201902915
通讯作者简介
张文军，香港城市大学材料科学与工程系讲座教授，超金刚石及先进薄膜研究中心副主任。1994年于兰州大学获得博士学位。1995年至1997年，在德国Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films（FhG-IST）做博士后研究；1997年在香港城市大学物理及材料科学系作研究员；1998年在日本国立无机材质研究所作Science and Technology Agency（STA）研究员；2000年作为高级研究员返回香港城市大学，研究方向涉及金刚石及相关材料制备﹑氮化物﹑纳米材料与器件﹑表面与界面分析等。在Chemical Society Reviews、Nature Communications、Advanced Materials、Angewandte Chemie 等国际期刊上发表三百余篇论文。2002年获得日本应用物理学会最佳论文奖，2003年获得德国洪堡基金会Award。兼任德国锡根大学访问教授，中科院理化所客座教授、兰州大学萃英讲席客座教授、苏州大学及合肥工业大学客座教授。
https://www.x-mol.com/university/faculty/93900
张开黎博士，香港城市大学机械工程学系副教授，主要致力于储能材料和器件（包括锂离子电池、锂硫电池、超级电容器等）、微纳含能材料和器件领域的研究。在国际专业期刊发表学术论文100余篇，包括Progress in Materials Science，Advanced Materials, Nano Energy, Science Advances, Small, Journal of Materials Chemistry A等。
https://www.x-mol.com/university/faculty/93901
科研思路分析
Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？
A：复合型超级电容器已经研究很多年了，但是这种电容器的倍率性能和稳定性一直跟不上EDLC型超级电容器。它的瓶颈主要在电池型那一极，而最近兴起的锌金属负极由于电极反应发生在界面上，与EDLC型超级电容器的物理吸附储能原理有着异曲同工之妙，因此有望通过电解液的优化来抑制锌支晶的生长来提高复合型超级电容器的循环稳定性。另一方面，电解液的优化是否同时有希望可以扩宽器件的电势窗口。
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