Latest advances in supercapacitors: from new electrode materials to novel device designs

超级电容器 电极 纳米技术 计算机科学 电容 材料科学 化学 物理化学
作者
Faxing Wang,Xiongwei Wu,Xinhai Yuan,Zaichun Liu,Yi Zhang,Lijun Fu,Yusong Zhu,Qingming Zhou,Yuping Wu,Wei Huang
出处
期刊:Chemical Society Reviews [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:46 (22): 6816-6854 被引量:1937
标识
DOI:10.1039/c7cs00205j
摘要

Notably, many significant breakthroughs for a new generation of supercapacitors have been reported in recent years, related to theoretical understanding, material synthesis and device designs. Herein, we summarize the state-of-the-art progress toward mechanisms, new materials, and novel device designs for supercapacitors. Firstly, fundamental understanding of the mechanism is mainly focused on the relationship between the structural properties of electrode materials and their electrochemical performances based on some in situ characterization techniques and simulations. Secondly, some emerging electrode materials are discussed, including metal-organic frameworks (MOFs), covalent organic frameworks (COFs), MXenes, metal nitrides, black phosphorus, LaMnO3, and RbAg4I5/graphite. Thirdly, the device innovations for the next generation of supercapacitors are provided successively, mainly emphasizing flow supercapacitors, alternating current (AC) line-filtering supercapacitors, redox electrolyte enhanced supercapacitors, metal ion hybrid supercapacitors, micro-supercapacitors (fiber, plane and three-dimensional) and multifunctional supercapacitors including electrochromic supercapacitors, self-healing supercapacitors, piezoelectric supercapacitors, shape-memory supercapacitors, thermal self-protective supercapacitors, thermal self-charging supercapacitors, and photo self-charging supercapacitors. Finally, the future developments and key technical challenges are highlighted regarding further research in this thriving field.
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