综述：高熵材料与d带中心调控在超级电容器发展中的作用

这篇综述系统探讨了提升双电层电容器(EDLCs)性能的策略，重点分析了高熵材料(HEMs)和d带中心调控对电极本征特性（导电性/电化学稳定性）的优化作用，同时涵盖生物炭基材料、集流体设计和电解质选择等关键突破方向，为下一代高性能超级电容器(SCs)研发提供了理论框架。

　　

高熵材料与电子结构调控：超级电容器的革新之路

电化学表征与性能瓶颈

超级电容器(SCs)的性能评估依赖于三电极或两电极体系的测试，通过恒电流充放电和循环伏安法可精确测定能量密度（5-10 Wh/kg）和功率密度等核心参数。当前EDLCs面临的最大挑战是能量密度远低于锂离子电池，这主要受限于碳基电极的纯物理吸附机制。

生物炭与表面工程突破

生物炭因其超高比表面积（达2000 m²g^-1）成为EDLCs的理想电极材料。通过掺杂氮/硫等杂原子，可在表面引入赝电容活性位点，将比电容提升300%以上。有趣的是，羧基(-COOH)等含氧官能团虽能增强亲水性，但高电位下易发生氧化副反应，这解释了为何适度官能化处理的生物炭循环稳定性最佳。

高熵材料的协同效应

由5种以上金属构成的高熵氧化物(HEOs)展现出非凡特性：Ti₃C₂T_x等MXene材料通过熵稳定效应，在4V宽电位窗口仍保持结构完整性。更关键的是，高熵环境诱导d带中心下移，使Fe-MOFs衍生电极的电荷转移电阻降低62%，这归因于优化后的电子态密度促进了界面电荷传输。

电解质界面的精准调控

离子液体电解质与MoS₂/石墨烯复合电极的组合，创造了1.8倍于传统水系电解质的能量密度。研究发现，当电解质pH>12时，RuO₂电极的氧化还原峰电流显著增强，这与其表面羟基化程度呈正相关。而凝胶电解质中PVA的羟基网络，则能有效抑制电极膨胀导致的接触电阻上升。

混合储能系统的未来

非对称混合超级电容器(HSCs)正引发技术革命：

• 电池型混合：Li₄Ti₅O₁₂负极与活性炭正极组合，能量密度突破50 Wh/kg
• 复合电极：聚苯胺包覆碳纳米管在10万次循环后容量保持率达91%
• 自支撑设计：石墨烯/MnO₂异质结薄膜在180°弯曲下电容无衰减

降解机制与寿命预测

碳电极的降解遵循Arrhenius定律，温度每升高10°C，老化速率加快1.5倍。通过原位Raman观测发现，在1.5V以上电位时，sp³杂化碳缺陷位点会催化电解液分解，这为开发抗老化电极提供了明确靶点。

柔性器件的突破进展

基于细菌纤维素的固态电解质展现出惊人的12.5 mS/cm离子电导率，支撑了可拉伸300%的纤维状超级电容器研发。这类器件在人体运动能量收集系统中，已实现每平方厘米0.8mW的功率输出。

未来技术路线图

• 多孔拓扑优化：仿生分级孔道设计可使离子扩散时间缩短40%
• 熵工程扩展：高熵聚合物电解质正在突破4.5V电压极限
• 智能响应：温致变色WO₃电极可实时显示电荷状态

从1745年莱顿瓶到如今的智能超级电容器，这项技术正经历着从能量存储单元到多功能平台的跨越式发展。随着d带中心调控理论和材料基因组计划的深度融合，下一代兼具高能量密度(>50 Wh/kg)和百万次循环寿命的超级电容器即将从实验室走向产业化。