我所发表“双高”电化学储能器件的研究进展综述文章

  近日,我所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组(508组)吴忠帅研究员团队发表了新型电池—超级电容器混合“双高”储能器件的综述文章,从器件的基本原理和电极的微观结构工程两个方面系统总结和论述了该“双高”储能器件的设计原则和研究进展,并对其未来挑战和机遇进行了展望。

  “双高”储能器件旨在同时实现高能量密度和高功率密度,与传统电池和超级电容器形成竞争互补。然而,电池和超级电容器之间不同储能机制的协同耦合仍然具有挑战性。因此,从材料合成到最终应用,需要全面了解电池—超级电容器混合“双高”储能器件的设计原则和研究现状。

  本综述中,该团队首先讨论了电池—超级电容器混合“双高”储能器件的基本概念和反应工作原理,并提出了与其设计相关的关键科学问题,例如正负极之间的容量平衡和动力学匹配、高导电电子/离子网络构筑、致密连续和坚固的正极—电解质界面(CEI)/固体电解质界面(SEI)的设计,以及高效预锂化策略等。团队还详细论述了开发先进电极的微型结构,以及设计与多界面耦合的方法,包括电极和集流体界面、电极和电解质界面、电池型和电容型电极材料内部界面等对提升电池—超级电容器混合“双高”储能器件性能的重要性,进一步阐明了扩展电池—超级电容器混合“双高”储能器件电池电压的创新方法。此外,团队还总结了创新的电荷存储机制和新型混合器件构型,例如双离子和质子型电池—超级电容器混合器件,以期进一步提升器件性能。最后,团队从学术和产业化应用两个角度对电池—超级电容器混合“双高”储能器件的诸多挑战和未来的发展方向进行了展望。

  该综述以“Unraveling the Design Principles of Battery-Supercapacitor Hybrid Devices: From Fundamental Mechanisms to Microstructure Engineering and Challenging Perspectives”为题,于近日发表在Advanced Energy Materials上。该工作的共同第一作者是我所508组博士研究生邢菲菲和毕志宏。上述工作得到了国家自然科学基金、中国科学院洁净能源创新研究院—榆林学院联合基金、我所创新基金等项目的资助。(文/图 邢菲菲、毕志宏)

  论文链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202200594

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