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“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、中科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