在当今快速发展的技术环境中，对可靠的储能解决方案的需求从未如此之大。随着我们对电子设备的依赖不断增加，特别是在航空、太空探索和卫星运行中，对能够承受极端温度的能量存储的需求至关重要。
几十年来，电池一直是能源存储的基石，提供高能量密度，但受到安全问题和极端温度下性能有限的困扰。与此同时，以高功率和耐用性着称的电容器一直难以与电池的能量密度相匹配。赝电容器是一种弥合电池和电容器之间差距的设备，可提供高功率和能量密度。
在探索传统电池替代解决方案的好奇心的驱使下，我踏上了释放赝电容器潜力的旅程。该作品发表在《 Small》杂志上。
我们与同事 Chirodeep Bakli 博士(印度 IIT Kharagpur)和 Hyunyoung Jung 博士(GNU，韩国)一起冒险进入未知领域，突破储能技术的界限，为极端气候条件下的个人和便携式柔性电子产品提供动力- 例如，在珠穆朗玛峰或死亡谷 - 具有高能量/功率密度、最高的操作安全性和超长的循环寿命。
与我的博士学位。学者 Yadav Prahlad 正在开发用于水性锌离子电池的氧化钒基阴极材料。我们发现氧化钒的某些相在水基电解质中也表现出高赝电容。然而，水基电解质较差的电化学稳定性窗口将电池的运行限制在~1V，这太低而无法提高能量密度。
从传统的水包盐型电解质转换为盐包水型电解质后，我们观察到工作电压窗口(~2.5 V)和电容显着改善，从而实现了高能量密度。然而，仅使用盐包水电解质，其是高浓度电解质，由于低温下盐的沉淀，低温操作受到限制。但对于实际应用，我们正在寻找一种可以支持高工作电压并可以在任何环境下运行的电解质，包括最冷或最热的地区。
我们推出了一种 2.5 V、全气候运行赝电容器，采用激光划线、石墨烯支撑、电沉积钒氧化物作为电极，以及新型盐包水混合电解质，具有高能量和功率密度、最高的操作安全性和超长的循环寿命。
我们的突破在于开发了一种新型电极材料：使用 CO 2激光器将氧化钒 (V 5 O 12 ·6H 2 O) 电沉积到聚酰亚胺薄膜衍生的叉指图案激光刻划石墨烯上。器件制造速度很快，电极结构也可以小规模设计，以适应微型电子产品的应用。
与电极相辅相成的是一种新型盐包水混合 (WISH) 电解质，它将赝电容器的工作温度范围扩展至前所未有的 -40°C 至 60°C。WISH 电解质由高浓度 (17 m) 的高氯酸钠盐溶解在水和乙二醇的溶剂混合物中。乙二醇是一种众所周知的防冻剂，可将工作温度限制低至 -40°C。
使用的电解液是易燃的;因此，不存在火灾危险或热跑道问题，而这些问题通常是采用有机电解质的高压设备所面临的问题。我们的赝电容器展示了高能量和功率性能，室温下的面积电容为234.7 mF/cm 2 ，对应于203.7 µWh/cm 2的高能量密度。
即使在令人毛骨悚然的-40°C 下，它仍能保持129.8 mF/cm 2的强大电容。此外，在室温下进行80,950次充放电循环后，它仍保留了初始电容的76%，凸显了其卓越的稳定性和耐用性。我的同事、印度理工学院卡拉格普尔分校的 Chirodeep Bakli 博士帮助我们了解了不同温度下电极-电解质界面的相互作用。
这一成就的意义超出了科学进步的范围。它代表了储能技术的范式转变——优先考虑多功能性、可靠性和可持续性。从在恶劣气候下为远程传感器供电到实现可再生能源整合，柔性赝电容器是实现更清洁、更具弹性的能源未来的关键。