Nanostructure and Advanced Energy Storage: Elaborate Material Designs Lead to High-Rate Pseudocapacitive Ion Storage

材料科学 储能 纳米技术 电化学储能 超级电容器 电化学能量转换 纳米结构 假电容 电化学 电极 功率(物理) 量子力学 物理 物理化学 化学
作者
Zihan Gan,Junyi Yin,Xin Xu,Yonghong Cheng,Ting Yu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (4): 5131-5152 被引量:110
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c00557
摘要

The drastic need for development of power and electronic equipment has long been calling for energy storage materials that possess favorable energy and power densities simultaneously, yet neither capacitive nor battery-type materials can meet the aforementioned demand. By contrast, pseudocapacitive materials store ions through redox reactions with charge/discharge rates comparable to those of capacitors, holding the promise of serving as electrode materials in advanced electrochemical energy storage (EES) devices. Therefore, it is of vital importance to enhance pseudocapacitive responses of energy storage materials to obtain excellent energy and power densities at the same time. In this Review, we first present basic concepts and characteristics about pseudocapacitive behaviors for better guidance on material design researches. Second, we discuss several important and effective material design measures for boosting pseudocapacitive responses of materials to improve rate capabilities, which mainly include downsizing, heterostructure engineering, adding atom and vacancy dopants, expanding interlayer distance, exposing active facets, and designing nanosheets. Finally, we outline possible developing trends in the rational design of pseudocapacitive materials and EES devices toward high-performance energy storage.
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