研究人员引入水溶性支持电解质以提高电化学电容器有机氧化还原分子的溶解度

使用易燃、有毒、不可持续且昂贵的能源的主导电池技术是气候变化的主要原因。因此，从化石燃料转向更清洁和环保的能源对于减少气候变化的影响至关重要。这种转变可以通过提高储能系统的效率来支持，以实现更安全和稳定的运行、可持续性、高能量/功率密度。

这方面的研究主要集中在分子工程方法上，以开发水基氧化还原增强电化学电容器 (redox ECs)。氧化还原 EC 是一种先进的混合双电层电容器，它在电极-电解质界面使用氧化还原活性分子来提高能量密度。由于使用有机 氧化还原活性电解质，它们具有成本优势、使用地球上丰富的元素和结构可调性。然而，它们发展的一个主要挑战是这些物质在水性系统中缺乏足够的溶解度，这导致低能量密度。此外，先前改善其溶解度的尝试已被证明是耗时且成本高昂的。

现在，来自韩国的研究人员已经使用水溶性支持电解质 (HSE) 作为提高有机氧化还原活性物质溶解度的方法。该研究由韩国光州科学技术学院助理教授 Seung Joon Yoo 和 Sukwon Hong 教授领导，于 2023 年 4 月 20 日在线发布，并于 5 月 12 日发表在 ACS Energy Letters 杂志第 5 期第 8卷上2023.

研究人员使用了水溶性过程，其中使用了一类两亲分子。在这种独特的增溶现象中，疏水组分的体积与表面活性剂的体积相比相对较小，从而使微溶溶质的溶解度成倍增加。研究人员测试了一系列醌作为模型物种，因为它们可用作氧化还原活性添加剂和可接受的电化学稳定性。

研究人员发现，使用 HSE(对甲苯磺酸 (p-TsOH)、2-萘磺酸 (2-NpOH) 和蒽醌-2-磺酸 (AQS))提高了对苯二酚 (HQ) 的溶解度，而没有任何化学功能化。重要的是，他们证明溶解度的增加与相应 HSE 的浓度成正比。

此外，他们还设计了一种双氧化还原盐 2-[N,N,N-tris(2-hydroxyethyl)]anthracenemethanaminum-9,10-dione bromide (AQM-Br)，它可以在正极和负极参与法拉第反应电极，并以浓度相关的方式在 HSE 系统中对其进行测试。Yoo 博士强调，“HQ 在 HSE 中的溶解度增加了 7 倍，并且合成了一种设计的多功能双氧化还原物质 (AQM-Br)，其溶解度从几乎不溶显着提高到 >1 M优化HSE。”

此外，研究人员还试图了解 HQ 和 AQM-Br 电解质的增溶作用。利用分子间核 Overhauser 效应和动态光散射分析，他们发现 HQ/HSE 的水溶助剂增溶是通过共增溶剂机制实现的，而对于 AQM-Br/HSE，这是由于准胶束纳米结构的形成.

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