Magnetic supercapacitors: Charge storage mechanisms, magnetocapacitance, and magnetoelectric phenomena

磁电容 材料科学 铁磁性 电容 超级电容器 磁化 凝聚态物理 铁磁性 磁电阻 磁场 光电子学 电极 多铁性 铁电性 电介质 化学 物理 量子力学 物理化学
作者
Rebecca Sikkema,Igor Zhitomirsky
出处
期刊:Applied physics reviews [American Institute of Physics]
卷期号:10 (2) 被引量:14
标识
DOI:10.1063/5.0134593
摘要

Pseudocapacitive (PC) materials are under investigation for energy storage in supercapacitors, which exhibit exceptionally high capacitance, good cyclic stability, and high power density. The ability to combine high electrical capacitance with advanced ferrimagnetic or ferromagnetic properties in a single material at room temperature opens an avenue for the development of advanced magnetically ordered pseudocapacitive (MOPC) materials. This review covers materials science aspects, charge storage mechanisms, magnetocapacitance, and magnetoelectric (ME) phenomena in MOPC materials. Recent studies demonstrate high PC properties of advanced ferrimagnetic materials, such as spinel ferrites and hexagonal ferrites. Of particular importance is the discovery of PC properties of perovskite-type manganites, which exhibit room temperature ferromagnetism and giant negative magnetoresistance. The coupling of high capacitance and magnetization in MOPC provides a platform for strong ME interactions. Various strategies are used for manipulation of electrical capacitance/magnetization of MOPC by a magnetic field/electrode potential. Magnetocapacitance studies show significant increase in capacitance of MOPC under the influence of a magnetic field. Moreover, the application of a magnetic field results in enhanced energy density and power density, reduction of resistance, and improvement of cyclic stability. Such findings offer a potential of a breakthrough in the development of advanced supercapacitors. High magnetocapacitance and ME phenomena are linked to the influence of magnetic fields on electrolyte diffusion, structure of electrical double layer, charge transfer resistance, and variation of conductivity and magnetization of MOPC materials, which facilitate charge/discharge behavior. Various applications of ME effect in MOPC are discussed. Moreover, advantages of magnetocapacitive MOPC are described for applications in electronic and spintronic devices, supercapacitors, and devices for magnetically enhanced capacitive deionization of water.
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