近日，我院化学系刘金平教授课题组在高电压水系电化学储能器件研究方面取得重要进展，其研究成果发表在国际材料科学领域顶级期刊《Advanced Materials》上（A Novel Phase-Transformation Activation Process towards Ni-Mn-O Nanoprism Arrays for 2.4 V Ultrahigh-Voltage Aqueous Supercapacitors, Advanced Materials, 2017, 29, 1703463）。
水系超级电容器因其高功率密度，优异的循环稳定性，突出的安全性和低成本等优势引起了广泛的研究兴趣。众所周知，水的稳定电压窗口一般在1.23 V，超过此范围，水就会被电解产生氢气和氧气，严重制约了超级电容器的能量密度。尽管近年来非对称器件结构的设计可以一定程度抑制水的电解，但所获得的超电容单体电压通常低于1.8 V，且需要使用强酸或强碱性电解质。因此，探索设计超高电压水系超级电容器是一项巨大的挑战。
针对以上问题，刘金平教授团队提出了一种“相变活化电极”的新思想，可近乎100%抑制电解液中水的电氧化，将正极电位提升40%，进而获得2.4 V高电压水系超级电容器。团队首先制备得到了Ni0.25Mn0.75O固溶体纳米棱柱阵列电极，具有低的电荷传输阻抗和高的Li+扩散系数。经过一个简单而又独特的相转变电化学活化，这一正极材料可以优先参与氧化还原反应（优先失电子），从而显著抑制正极一端的析氧过程，使得电位区间达到0-1.4 V（vs. SCE），远远高于绝大部分水系超电容正极材料（通常1.0 V以下）。进一步与商用活性炭负极和水凝胶电解质搭配，可以组装成2.4 V的高电压水系电容器，循环寿命超过5000次。该研究为高电压水系电化学储能器件的发展提供了全新思路。该研究得到了国家重点研发计划纳米科技重点专项和国家自然科学基金的支持。
刘金平教授长期致力于电化学储能材料与器件的研究。近年来，发展了新型高电压水系储能体系和高能量密度柔性混合储能器件，并受邀撰写了该领域长篇综述（Advanced Science, 2017, 4, 1600539）。
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