超级电容器技术的进步——材料创新与器件工程

《ACS Applied Energy Materials》：Advancing Supercapacitor Technologies—Materials Innovation and Device Engineering

【字体：大中小】 时间：2026年06月12日 来源：ACS Applied Energy Materials 5.5

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　　超级电容器已成为现代储能领域中不可或缺的组件，具有快速充放电能力、出色的功率密度、长循环寿命和宽工作温度范围等独特优势。这篇发表在《ACS Applied Energy Materia

超级电容器已成为现代储能领域中不可或缺的组件，具有快速充放电能力、出色的功率密度、长循环寿命和宽工作温度范围等独特优势。这篇发表在《ACS Applied Energy Materials》上的专题文章汇集了该期刊2024-2025年间关于超级电容器研究的20篇高引用论文，展示了该领域在材料发现、电极工程和器件设计方面的广泛性和活力。

纳米结构电极材料

本专题的核心主题是先进电极结构的合理设计。多项研究展示了从三维多孔花状NiCo-MOF@Ni-LDH复合材料（DOI: 10.1021/acsaem.4c00919）到珊瑚状金属钒酸盐（DOI: 10.1021/acsaem.5c01055）等层次化纳米结构如何显著提高电化学活性表面积和离子传输动力学。将层状双氢氧化物（LDHs）与导电基底（包括MXene支架DOI: 10.1021/acsaem.4c02840）结合，是一种实现无粘结剂且具有优异倍率性能的电极的有效策略。同时，过渡金属硫化物（DOI: 10.1021/acsaem.5c00044）、氮化物（DOI: 10.1021/acsaem.4c00563）和硫属化合物通过多个氧化还原中心继续提供丰富的伪电容储能能力。在Ni@CoSe₂表面生长的磁性NiCo-LDH纳米片（DOI: 10.1021/acsaem.4c02788）以及碳点诱导的NiCo-LDH电沉积（DOI: 10.1021/acsaem.4c00952）进一步体现了层状双氢氧化物工程的多功能性。

二维材料和MXenes

本专题涵盖了基于MXenes的超级电容器的重大进展，从合成-性能关系的全面综述（DOI: 10.1021/acsaem.4c03194）到结合还原氧化石墨烯和碳纳米管的创新纤维结构（DOI: 10.1021/acsaem.4c01094）。在含有MXenes的三维石墨烯泡沫上整合的多态Co_xSe_y（DOI: 10.1021/acsaem.3c02808）以及掺氮碳纳米片与NiS₂纳米颗粒（DOI: 10.1021/acsaem.4c01014）强调了多组分设计的协同效应。

可持续和生物质衍生的碳材料

鉴于对可持续性的日益重视，多篇文章探讨了生物质衍生的活性炭。一篇杰出的论文全面评估了多种生物质前驱体在锌离子混合超级电容器中的应用（DOI: 10.1021/acsaem.4c01828），其他文章则研究了木质素衍生的功能材料（DOI: 10.1021/acsaem.4c01294）、多种电解质系统中的煤衍生多孔碳（DOI: 10.1021/acsaem.4c01018）以及龙眼壳衍生的N,O共掺杂多孔碳（DOI: 10.1021/acsaem.5c00130）。这些方法使超级电容器的开发符合循环经济原则。

新兴框架和聚合物

通过微波辅助方法合成共价有机框架（DOI: 10.1021/acsaem.3c02484）为高表面积多孔电极开辟了新途径，实现了2600 m² g^?1的BET面积和超过100,000次的循环稳定性。具有氧化还原活性骨架的共轭微孔聚合物（DOI: 10.1021/acsaem.4c03232）进一步扩展了用于储能的有机电极材料的选择范围。

缺陷工程和掺杂策略

本专题中的一篇关键综述（DOI: 10.1021/acsaem.5c00655）系统地探讨了过渡金属氧化物和硫属化合物中掺杂诱导的缺陷工程如何提高导电性、创造额外的氧化还原活性位点并改善循环稳定性。

器件级创新

除了材料本身，本专题还强调了器件架构的进步，包括丝印可拉伸超级电容器（DOI: 10.1021/acsaem.3c02902）、电致变色双功能器件（DOI: 10.1021/acsaem.4c03222）、柔性伪电容薄膜器件（DOI: 10.1021/acsaem.4c00563）以及用于实际功率应用的袋式电池原型（DOI: 10.1021/acsaem.4c01018）。

从地理分布来看，这些论文来自中国、印度、台湾、沙特阿拉伯、美国、英国、法国和韩国，反映了超级电容器研究的全球性。我们希望这篇专题不仅能为进入该领域的研究人员提供有价值的参考，也能为追求电化学储能领域下一个突破的科学家们带来灵感。我们感谢所有贡献作者的杰出工作，并邀请业界在此基础上继续推进，开发出满足我们电气化未来需求的超级电容器。

--- Yiying Wu

《ACS Applied Energy Materials》副主编

被引用情况

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