日前，內(nèi)蒙古工業(yè)大學阿如罕教授課題組在《Rare Metals》期刊上發(fā)表了題為“ Mechanism research progress on transition metal compound electrode materials for supercapacitors ”的綜述文章，分析總結(jié)過渡金屬化合物用作超級電容器電極材料的研究進展。該研究得到國家自然科學基金青年科學基金項目、內(nèi)蒙古自然科學基金青年基金項目的資助。

超級電容器是一種介于電解電容器和可充電電池之間的大容量電容器，是新型高性能儲能器件，由于其卓越的功率密度和超長循環(huán)特性而引起了人們的極大興趣。盡管如此，相對較低的能量密度阻礙了超級電容器在大規(guī)模商業(yè)環(huán)境中的廣泛應(yīng)用。電極材料作為它的重要組成部分，直接影響著超級電容器的性能。因此，提高性能的關(guān)鍵任務(wù)在于尖端電極材料的開發(fā)及其形態(tài)和結(jié)構(gòu)特性的修飾。

根據(jù)研究，在迄今為止報道的活性材料中，過渡金屬化合物因具有較高的理論容量，成為高能密度超級電容器中最有前景的電極活性材料。然而，由于導電性差、電極材料在電化學測試中容易團聚導致比表面積過小、納米材料在頻繁充放電過程中的體積膨脹/收縮以及相變等因素嚴重限制了過渡金屬化合物容量和循環(huán)穩(wěn)定性，這使它在超級電容器中穩(wěn)定有效地發(fā)揮出電化學性能仍然存在重大挑戰(zhàn)。為了解決這些問題和挑戰(zhàn)，該研究全面總結(jié)了過渡金屬納米材料作為超級電容器電極材料的當前進展。

首先，本研究概述了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和主要挑戰(zhàn)。此外，重點介紹了由過渡金屬化合物衍生的電極材料合成技術(shù)和管理策略。最后，提出合成方法以及改性策略以提高其電化學性能，簡要討論了過渡金屬化合物用作超級電容器電極材料的未來發(fā)展方向。

研究認為，當前政策的支持、市場需求的增長和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，為超級電容器發(fā)展提供了良好的機遇。超級電容器性能的提升和成本的降低將使得其在電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中用于頻率調(diào)節(jié)、負載平衡和瞬時功率支持；在交通領(lǐng)域通過超級電容器實現(xiàn)電力牽引和再生制動，有助于節(jié)省能源并保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供電；在消費電子產(chǎn)品中作為峰值功率輔助或瞬時備用電源，增強產(chǎn)品在斷電或電量低的情況下持續(xù)續(xù)航；由于其高可靠性和極端條件下的性能可用于軍事裝備和衛(wèi)星通訊系統(tǒng)中，確保關(guān)鍵系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的正常運行；以及可用于需求快速可靠備份電源的醫(yī)療設(shè)備中。未來，超級電容器的市場將更加多樣化。

文獻鏈接:https://doi.org/10.1007/s12598-024-02808-4