在《碳研究》（Carbon Research）期刊上发表的一份报告中，第一作者张世超及其研究团队详细介绍了一项储能技术的突破，这项技术有望显著改善从电子产品到工业机械等各种设备的供电方式。标准的电化学电容器（通常被称为超级电容器）以其快速充放电的能力而闻名，但其储能容量历来受到限制。大多数商用超级电容器的工作电压相对较低，这使得它们的能量密度远低于锂离子电池。此外，这些器件通常存在自放电问题，即闲置时会迅速损失储存的能量。该研究团队通过重新设计固体电极和液体电解质，使其以更高效的方式协同工作，从而解决了这些根本性缺陷。
研究人员利用造纸和纸浆工业的可再生副产品木质素，制备了一种作为电容器核心的分级多孔碳材料。通过精确控制碳化过程，他们成功制备出一种充满亚纳米级孔隙的材料。这些微孔的尺寸与在系统中移动的锂离子尺寸大致相同。这种几何匹配至关重要，因为它使离子能够完美地嵌入碳结构中，从而最大限度地提高储能容量。这种木质衍生碳的性能优于标准商用活性炭，具有更高的储能表面积，并且其互连的三维网络结构能够实现更高效的离子传输。
解决方案的第二部分涉及一种新型弱溶剂化电解质。电容器中使用的标准液体在电压过高时容易发生击穿，导致器件失效或功率损失。通过使用一种包含氟化稀释剂的特殊配方，研究团队研制出一种即使在前所未有的 4.0 V 电压下也能保持稳定的液体。这比大多数商用器件中常见的 2.7 V 标准电压有了显著提升。由于能量存储会随着电压的升高而急剧增加，这种更宽的工作电压范围使研究人员能够实现超过行业标准两倍的能量密度。此外，该液体还起到分子润滑剂的作用，降低电解质的粘度，确保功率能够快速传输，避免其他高压液体常见的传输缓慢现象。
这项研究最令人印象深刻的成果之一是该器件在长时间内保持电量的能力。自放电一直是超级电容器的“阿喀琉斯之踵”，使其不适用于长期存储。研究人员发现，他们定制的液体在碳电极表面形成了一个非常稳定有序的层。该层起到动态阻力的作用，防止离子逸出，并减少通常会消耗电能的寄生化学反应。因此，该电容器在如此高的电位下表现出了记录以来最慢的电压下降。这种化学稳定性也转化为极高的耐久性；该器件能够经历一万次充放电循环，而仅损失极小一部分总存储容量。
这项研究意义深远，因为它为开发不依赖昂贵或稀有材料的可持续高能量存储设备提供了一条清晰的路径。通过将工业废料转化为高性能碳材料，并将其与智能电解质化学相结合，该团队使超级电容器的性能更接近电池水平，同时保留了电容器独有的快速充电优势。这种协同设计不仅提高了能量密度，还解决了长期存在的功率泄漏问题。这些发现为下一代储能设备确立了一种新策略，强调了最佳性能来自于系统固液组分完美互补的设计。
摘自（https://biochartoday.com/news/lignin-derived-carbon-and-weakly-solvating-electrolyte-enable-high-voltage-supercapacitors-with-77-4-wh-kg-energy-density/）
