Metal-Organic Framework Supercapacitors: Challenges and Opportunities

超级电容器 电容 储能 电容器 材料科学 纳米技术 金属有机骨架 电极 电气工程 功率(物理) 电压 工程类 化学 物理 有机化学 物理化学 量子力学 吸附
作者
Seung‐Jae Shin,Jamie W. Gittins,Chloe J. Balhatchet,Aron Walsh,Alexander C. Forse
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2023-nnw1v
摘要

Supercapacitors offer superior energy storage capabilities than traditional capacitors, making them useful for applications such as electric vehicles and rapid large-scale energy storage. The energy storage performance of these devices relies on electrical double-layer capacitance and/or pseudo-capacitance from rapid reversible redox reactions. Metal-organic frameworks (MOFs) have recently emerged as a new class of electrode materials with promising supercapacitor performances and capacitances that exceed those of traditional materials. However, our comparison of the supercapacitor performance of a porous carbon and a state-of-the-art MOF highlights a number of challenges for MOF supercapacitors, including low potential windows, limited cycle lifetimes, and poor rate performances. We propose that the well-defined and tuneable chemical structures of MOFs present a number of avenues for improving supercapacitor performance. We also discuss recent experimental and theoretical work on charging mechanisms in MOF-based supercapacitors, and find a need for more studies that elucidate the charge storage and degradation mechanisms. Ultimately, a deeper understanding will lead to design principles for realising improved supercapacitor energy storage devices.
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