内工大阿如罕教授：超级电容器电极材料的研究有新进展

日前，内蒙古工业大学阿如罕教授课题组在《Rare Metals》期刊上发表了题为“ Mechanism research progress on transition metal compound electrode materials for supercapacitors ”的综述文章，分析总结过渡金属化合物用作超级电容器电极材料的研究进展。该研究得到国家自然科学基金青年科学基金项目、内蒙古自然科学基金青年基金项目的资助。

超级电容器是一种介于电解电容器和可充电电池之间的大容量电容器，是新型高性能储能器件，由于其卓越的功率密度和超长循环特性而引起了人们的极大兴趣。尽管如此，相对较低的能量密度阻碍了超级电容器在大规模商业环境中的广泛应用。电极材料作为它的重要组成部分，直接影响着超级电容器的性能。因此，提高性能的关键任务在于尖端电极材料的开发及其形态和结构特性的修饰。

根据研究，在迄今为止报道的活性材料中，过渡金属化合物因具有较高的理论容量，成为高能密度超级电容器中最有前景的电极活性材料。然而，由于导电性差、电极材料在电化学测试中容易团聚导致比表面积过小、纳米材料在频繁充放电过程中的体积膨胀/收缩以及相变等因素严重限制了过渡金属化合物容量和循环稳定性，这使它在超级电容器中稳定有效地发挥出电化学性能仍然存在重大挑战。为了解决这些问题和挑战，该研究全面总结了过渡金属纳米材料作为超级电容器电极材料的当前进展。

首先，本研究概述了该领域的研究现状和主要挑战。此外，重点介绍了由过渡金属化合物衍生的电极材料合成技术和管理策略。最后，提出合成方法以及改性策略以提高其电化学性能，简要讨论了过渡金属化合物用作超级电容器电极材料的未来发展方向。

研究认为，当前政策的支持、市场需求的增长和技术的不断创新，为超级电容器发展提供了良好的机遇。超级电容器性能的提升和成本的降低将使得其在电网储能系统中用于频率调节、负载平衡和瞬时功率支持；在交通领域通过超级电容器实现电力牵引和再生制动，有助于节省能源并保障电力系统的稳定供电；在消费电子产品中作为峰值功率辅助或瞬时备用电源，增强产品在断电或电量低的情况下持续续航；由于其高可靠性和极端条件下的性能可用于军事装备和卫星通讯系统中，确保关键系统在恶劣环境下的正常运行；以及可用于需求快速可靠备份电源的医疗设备中。未来，超级电容器的市场将更加多样化。

文献链接:https://doi.org/10.1007/s12598-024-02808-4