德黑兰大学《RSC Adv》：综述！碳基纳米复合材料用于超级电容器应用的最新发展概述

材料分析与应用 · 公众号 · · 2024-12-24 16:32

正文

1 成果简介

储能设备是公认的环保技术。超级电容器以其高循环稳定性而闻名，已被提议作为化石燃料的潜在替代品。最近的研究集中在选择合适的电极材料来实现具有高稳定性、高比容量和生物相容性的储能系统。特别是碳基电极材料，如氧化石墨烯、活性炭、碳纳米管和碳基量子点，由于其固有的特性，如高导电性和稳定性，引起了相当大的关注。然而，单独的碳材料存在局限性，例如低能量密度和低比电容。为了解决这一限制，

本文，德黑兰大学Esmail Vessally等研究人员在《RSC Adv》期刊 发表名为“ Overview of recent developments in carbon-based nanocomposites for supercapacitor applications”的综述，研究了碳材料的协同效应已与其他电活性材料相结合，以开发具有增强超级电容器性能的电极材料。还研究了碳基纳米复合材料的超级电容器性能。它研究了每种碳材料（AC、CNT、GO、rGO）对提高其他电活性材料性能的影响，包括金属氧化物、金属硫化物、MXenes、MOF 和导电聚合物。 本研究为进一步研究用于超级电容器应用的碳基电极材料提供了有价值的见解。

2 图文导读

2.1 超级电容器器件

超级电容器系统根据电荷存储机制可分为三类：电化学双电层（电荷积聚在电极之间的界面中），赝电容器（通过可逆表面氧化还原工艺进行存储）和混合电容器（双电层和赝电容器的组合）。

2.2 碳材料

在碳基纳米复合材料中使用具有高比表面积的碳材料作为导电成分可以提高其他材料（金属氧化物、MOF、金属硫化物和导电聚合物）的性能。本文将回顾不同类型的碳材料。

2.3. 基于碳材料的纳米复合材料

选择合适的电活性材料来构建超级电容器对于该系统作为高效储能系统的最终行为非常重要。不同的碳材料是制造超级电容器的首选候选电极材料，超级电容器具有高稳定性但比电容低。这些与金属氧化物、金属硫化物、聚合物、导电聚合物和具有适当超级电容器行为的 MOF 相结合，作为制造超级电容器的候选电极材料。

由于金属氧化物的电荷存储机制与电极/电解质界面处的氧化还原反应有关，因此它们具有高比电容。然而，金属氧化物的稳定性低于碳。制备高效材料的合适方法是基于碳材料和其他电活性材料（金属氧化物、金属硫化物、导电聚合物和 MOF）合成纳米复合材料。

3 小结

在本研究中，通过回顾不同类型的碳基纳米复合材料作为电极材料的电化学性能，研究了每种碳材料（CNT、AC、CQD、GO 和 RGO）对改进各种类型的电活性材料（金属氧化物、导电聚合物、MOF 和金属硫化物）的影响。碳材料与金属氧化物的结合降低了法拉第电流，而金属氧化物和碳材料之间的协同作用使获得具有高比电容的电极材料。碳材料可防止空气中金属硫化物的氧化。基于碳材料和 MOF 的复合材料可以获得具有更大比表面积的电极材料。最后，碳材料可以提高导电聚合物的循环稳定性，并防止聚合物链在长时间充放电循环中被破坏。这项综述研究通过全面检查碳材料在提高其他电活性材料性能方面的作用，为该领域研究人员的进一步创新研究提供了见解。

文献：

DOI
https://doi.org/10.1039/D4RA08446B

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2.1 超级电容器器件

2.2 碳材料

2.3. 基于碳材料的纳米复合材料

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