用于新兴电子产品的一维超级电容器的研究现状和发展方向

来源：X一MOL资讯

近年来，拥有一维（1D）纤维或是缆绳结构的超级电容器（SCs）因其在储能和机械柔性方面的独特性能而成为新兴电子产品储能方案的有力竞争者。在过去几年里，1D SCs的发展取得了巨大的进步。实现以下的几个研究目标是当前研究的重点：1）使其机械性能能够满足可穿戴设备的日常穿戴需求（例如：像传统衣物一样适应柔软、曲线并且可伸展的人体结构，以及承受纺织过程中的拉伸摩擦条件）；2）提高其电化学性能（包括提高电容密度，能量密度、功率密度、倍率性能和循环稳定性）；3）通过多个1D SCs的集成或与其它能量转换装置的集成而克服1D SCs本身的低能量存储能力短板；4）通过巧妙的电极骨架设计，电极材料选择和组装，赋予1D SCs在储能功能以外的其它功能。

澳大利亚悉尼大学的陈元教授团队近年来在一维超级电容器领域开展了一系列的研究工作（Nature Nanotechnology, 2014, 9, 555–562; Advanced Materials, 2014, 26, 6790-6797; Chemical Society Reviews, 2015, 44, 647–662; Materials Horizons, 2015, 2, 598; Advanced Materials, 2015, 27, 4895–4901; Energy & Environmental Science, 2016, 9, 611-622; Energy Storage Materials, 2016, 3, 123-139; Energy Storage Materials, 2017, 9, 221-228; Carbon, 2018, 132, 698-708; Small, 2018, 14, 1800582; Energy Storage Materials, 2019, 19, 102-123; Electrochimica Acta, 2019, 305, 493-501）。近日，陈元教授团队在 Advanced Materials 上发表了题为“1D Supercapacitors for Emerging Electronics: Current Status and Future Directions”的综述，翟圣利博士是文章的第一作者文章。该文简要回顾了1D SC的发展历史，从四个方面概述了1D SC的最新发展趋势：1）机械性能，2）电化学性能，3）多器件的集成，以及4）多功能性。对1D SCs的组装和应用的挑战进行了阐述，分析了可能的解决方案。同时强调了使用不当的、不统一的性能评估和报道方法造成的性能难以比较的问题。除此之外，作者还提出了关于未来研究的看法以及基于以上4大研究方向的目标，以进一步推动1D SCs向实际应用的方向发展。关于1D SCs的机械性能方面，应考虑的两个关键点：明确指定预期应用方向，不同的应用方向对期间的性能和结构要求完全不同。以及使用标准化测试方法进行性能评估。关于1D SCs的能量和功率密度方面，应探索新的电极材料、电容器/电池混合结构，以克服1D SCs的低能量密度的短板。同时1D SCs的自我集成以及与能量转化装置的集成是克服其低能量密度的另外一个解决方案。对于多功能性的研究，一个重要的考量是多功能的实现不应该牺牲1D SCs的能量存储能力。