슈퍼커패시터의 비정전용량(specific capacitance)을 향상시키기 위해서는 전하 저장 메커니즘에 대한 더 깊은 이해가 필요하다. 최근 연구들은 주로 미세기공(micropore)이 지배하는 활성탄(AC)과 일가(모노발런트) 이온에 초점을 맞추었으나, 보다 포괄적이고 체계적인 탐색은 여전히 충분히 다루어지지 않았다. 본 연구에서는 기공 크기 분포가 각각 1.4 nm(AC14)와 3.7 nm(AC37)를 중심으로 하는 미세기공 및 메조기공(mesoporous) AC 전극을 개발하였다. 이러한 전극은 전하 운반체로서 일가 또는 다가(멀티발런트) 양이온과 황산 이온(sulfate anions)을 포함하는 다양한 전해질 시스템에서 체계적으로 평가되었다. 본 연구의 핵심 발견은 전기습윤(electrowetting)의 이중 역할이다. 전기습윤은 접근 가능한 활성 표면적을 정량적으로 증가시킬 뿐 아니라, Stern 층(stern layer) 지배 전기이중층(electric double layer)의 형성을 촉진하여 정성적으로도 축전용량(capacitance)을 향상시킨다. 또한 충분한 전기습윤이 유도되는 조건에서는 다가 이온 전하 운반체가 일가 이온에 비해 전하 중화 효과가 더 강하게 나타나, 그 결과 비정전용량이 유의하게 향상되었다. 이러한 결과는 다가 전하 운반체와 메조기공의 중요성을 부각시키며, 전하 저장 성능을 개선하기 위해 이러한 매개변수를 최적화하는 맞춤형 연구가 필요함을 시사한다. 본 연구는 표면적을 증가시키거나 이온-전극 거리(ion-electrode distances)를 감소시키는 것과 같은 기존의 전략을 넘어 전기화학적 시스템을 발전시키기 위한 새로운 틀을 제공한다. • 미세기공 및 메조기공 활성탄(AC)을 성공적으로 제조하였다. • 고성능 AC에서 비전형적인 쌍이온 흡착(dual-ion adsorption) 거동이 관찰되었다. • 전기습윤은 전하 저장을 크기(magnitude)와 메커니즘 모두에서 향상시킨다. • 전기습윤 응답은 전하 운반체 유형과 AC의 기공 크기에 강하게 의존한다. • 메조기공 AC와 결합된 다가 전해질이 최상의 슈퍼커패시터 성능을 제공한다.

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