《AM》兰州大学唐瑜/化物所阎兴斌：聚离子液体电解质离子二极管

摘要

新兴的超级电容器二极管 (CAPode) 将二极管的特性集成到双电层电容器中，可用于将传统超级电容器扩展到新技术应用，并可能在电网稳定、信号传播和逻辑运算。然而，报道的 CAPodes 只能实现正偏置方向的电荷存储。

最近，兰州大学唐瑜教授，中国科学院兰州化学物理研究所阎兴斌研究员团队提出了通过使用基于聚阳离子的离子液体 (IL) 或基于聚阴离子的IL作为电解质在不对称碳基超级电容器架构中实现的偏置方向可调 CAPode。由此产生的 CAPode 仅在正偏置或负偏置方向表现出电荷存储功能，具有高整流比（整流比 II、RRII 约为 80%）和出色的循环寿命（4500 次循环），代表了设计的关键突破 高性能电容离子二极管。相关成果论文以题为Construction of Supercapacitor-Based Ionic Diodes with Adjustable Bias Directions by Using Poly(ionic liquid) Electrolytes发表在《Advanced Materials》上。

主图导读

两种聚离子液体的合成与表征

CAPode 的工作机制和可用性分析

CAPode 的电化学和“二极管”性能

总结

通过合成基于聚阳离子和聚阴离子的IL，开发了一种新的离子调节策略来构建偏置方向可调的 CAPode。聚（离子液体）表现出大尺寸聚合离子和小尺寸反离子，具有弱范德华相互作用，并且可以自发溶解在有机溶剂中。使用基于聚（离子液体）的电解质，N- CAPode 和 P-CAPode 构建成功。得益于聚合物离子的阻隔作用，所构建的装置只允许反离子自由进入YP-50F碳孔，导致离子仅存储在一个电位方向，从而使正向和反向电流的存在。这种非常规的离子存储行为确保了 N-CAPode 和 P-CAPode 表现出高整流率（RRII ≈80%）和高倍率整流性能（整流率保持率在 100 mV 时高达 90% s-1)。而且，纯物理的离子转移机制可以保证长期的整流效果（4500次循环后性能没有明显下降）。因此，该研究为设计高性能 CAPode 开辟了一条新途径，本文所呈现的结果可能会扩展超级电容器的应用领域，促进离子二极管的发展。

参考文献：

doi.org/10.1002/adma.202100887