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2026年第15卷第5期
- 摘要：电容型锂离子电池在智能电网、电磁能装备、人工智能数据中心电源等领域的应用需求日益增长，然而高倍率条件下容量快速衰减的问题制约其进一步发展。本文以正极LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM333）、负极硬碳（HC）的电容型电池为研究对象，系统探究其在高功率条件下的失效机理。测试结果表明，电容型电池在14 C的高电流密度下仍具有较高的放电容量，且在10 C、40%放电深度（DoD）的浅充浅放条件下经40000圈循环后，容量保持率仍在90%以上。然而，在1 C充电、10C放电、100%DoD的高功率工况后，电容型电池200圈循环后容量保持率仅为75%。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）以及电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等手段，对循环前后极片的结构、形貌、表面化学态及元素分布进行了表征。研究结果表明，高功率循环导致正极颗粒发生破裂，NCM333层状结构发生了不可逆膨胀。循环后负极片上检出明显的Ni、Co、Mn元素，证实了NCM333中过渡金属从正极溶出、跨隔膜迁移并沉积在负极的全过程。本研究揭示了NCM333||HC电容型电池在高功率条件下的失效机理，为后续电容型锂离子电池的优化提供了方向。关键词：电容型锂离子电池;NCM333正极;过渡金属溶出;硬碳负极138|58|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：电化学储能设备的实际应用面临着诸多严峻挑战，尤其在低温环境下，常出现电化学性能衰退甚至设备失效等问题。相较于以法拉第反应为储能机制的锂离子电池，双电层电容器凭借其物理吸/脱附的储能机制，在解决低温电化学储能问题方面展现出独特潜力，但仍存在诸多技术瓶颈。在低温条件下，电解液的离子电导率下降、电解液本身发生凝固以及离子在电极材料内部的扩散受限等问题，严重制约了器件的电化学性能。因此，如何设计兼具高离子电导率和超低凝固点等优异低温性能的电解液，并开发与之匹配的电极材料，成为推动低温双电层电容器发展的关键。本文首先阐述了双电层电容器的基本工作原理，系统分析了其在低温环境下面临的主要问题。在此基础上，深入探讨了水系、有机系及离子液体等各类电解液的优缺点，以及电解液与电极材料的设计原则。进而综述了近年来电解液与电极材料设计的研究进展，最后展望了低温双电层电容器的未来研究方向，以期为下一代高性能低温双电层电容器的发展提供理论指导和技术参考。关键词：低温;双电层电容器;电解液;电极材料55|8|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：作为电极制造的核心工序，涂布的质量直接决定着最终产品的性能，极片不均匀是提升锂离子电容器性能的核心挑战，其造成的内阻增大会导致电容器性能下降。针对锂离子电容器电极浆料均匀性评估缺乏微观动态表征手段的问题，本研究创新性地提出了一个多尺度轨迹耦合分析框架，通过同步构建单颗粒运动轨迹与粒子群分布轨迹，从微观动力学与宏观统计学双重维度可视化评估混合均匀性。基于此方法，系统仿真了四种工业常用搅拌桨叶的流场与混合过程，清晰揭示了不同桨叶驱动颗粒分散与对流的主导机理及其适用条件，其中锚式叶轮凭借其优异的全域剪切流场与颗粒分散均匀性，因而最适配于高固含量、高黏度的锂离子电容器活性物质浆料搅拌。最终，研究将轨迹分析结果转化为颗粒尺度上的定量评判标准，为高性能电池浆料的工艺优化与桨叶选型提供了直接理论依据。同时，该研究下的分析模式可以拓展到锂离子电池活性物质以及其他类型的浆料搅拌模拟中，具有很好的普适性。关键词：数值模拟;搅拌;锂离子电容器;颗粒示踪;均匀性53|47|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：针对硅负极在储锂过程中体积膨胀大、动力学性能差、难以满足锂离子电容器（LICs）高能量密度与高功率密度协同需求的问题，本工作以金属有机框架ZIF-8为碳前驱体，通过聚乙烯吡咯烷酮（PVP）表面修饰、原位生长与高温炭化工艺，制备了核壳多孔结构纳米硅碳（Si@C）复合材料，系统表征了材料的物相组成、微观形貌与孔结构特征，并结合半电池、动力学测试和器件测试分析其储锂行为与实际应用性能。结果表明，Si@C保持了较完整的核壳结构，颗粒尺寸约为120 nm，孔径主要分布在0.5~2 nm，可有效缓冲硅的体积变化并改善电子/离子传输。在半电池中，Si@C在0.1 A/g和10 A/g电流密度下的可逆比容量分别为1911 mAh/g和354.8 mAh/g；在1 A/g下循环100圈后仍保持917 mAh/g的可逆容量。以预锂化Si@C为负极、自制多孔炭为正极组装的LICs，可在286.8 W/kg功率密度下能量密度达到195.62 Wh/kg，在11412.6 W/kg下仍保持113.27 Wh/kg，并在2 A/g下循环1000圈后容量保持率为89%。以上研究表明，构筑MOF衍生多孔碳壳层是提升硅基负极倍率性能、循环稳定性及锂离子电容器综合性能的有效策略。关键词：锂离子电容器;硅/碳复合材料;核壳结构;多孔碳;硅基负极79|17|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：为解决Ti3C2 MXene电极材料因层间自堆叠导致离子传输受阻、超级电容性能衰减的关键问题，本研究以高比例少层Ti3C2 MXene水溶液（1~3层占比96%）为前驱体，选取不同种类的有机溶剂如乙醇（ET）、乙腈（AN）、二甲基亚砜（DMSO），协同旋蒸工艺对材料进行结构与形貌调控，系统探究有机溶剂种类对材料层间距、微观形貌及电化学行为的影响规律。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱对材料结构与形貌进行表征，结合循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗谱及弛豫时间分布分析，评估褶皱状Ti3C2 MXene在对称超级电容器与柔性微型超级电容器中的储能性能。X射线衍射结果表明，有机溶剂处理可显著增大MXene层间距并呈现DMSO>ET>AN的规律；扫描电子显微镜显示改性后材料均形成褶皱状形貌，有效抑制层间堆叠。电化学测试表明，乙醇改性样品在低电流密度下输出最高比容量，适合高容量储能应用；乙腈改性样品电荷转移电阻与离子扩散电阻最小，高倍率充放电性能最优。在微型超级电容器中，乙醇改性电极的面积比电容与容量保持率显著优于未改性样品。本研究通过无外源插层剂的有机溶剂改性策略，实现Ti3C2 MXene结构精准调控，为高性能MXene基储能器件的设计与制备提供实验依据与新的思路。关键词：MXene;有机溶剂改性;结构调控;超级电容器;电化学性能52|16|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：混合型锂离子电容器（HyLICs）兼具高能量密度、高倍率性能以及长循环寿命等优点，是近年来短时高频储能领域的研究热点。磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）作为低成本、长寿命的电池材料，是参与构筑HyLICs复配正极的极佳选择。以LFP/AC复配正极为基础，探究石墨、硬炭（HC）两种负极体系在HyLICs电性能测试过程中的性能差异和电位变化，并对循环后的电极进行表征。结果证实，相较于石墨，硬炭表现出优异的倍率、循环性能以及更快的离子扩散动力学特性；石墨负极体系，循环会引起负极电位过低，诱发锂枝晶现象并造成负极严重损伤；而硬炭负极体系虽会引起正极电位升高，但并未对正极结构产生影响。在（LFP/AC）||HC（AC为活性炭）体系下，进一步对三款代表性商业化LFP材料进行测评并选出性能最佳的LFP-3，其参与构筑的HyLICs基于正负极活性物质的能量密度为183.5 Wh/kg、功率密度为10.4 kW/kg，倍率性能为94.5%@30C、83.7%@60C，9C循环9000次后容量保持率高达86.5%。本工作不仅系统性地探究了LFP基HyLICs在不同负极体系下的电性能差异与电位变化，更为商业化高功率、长寿命HyLICs的开发提供了理论支撑和实验依据。关键词：混合型锂离子电容器;磷酸铁锂;复配正极;石墨;硬炭39|5|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：MXene因其独特的层状可调结构、丰富的表面官能团以及优异的导电性，近年来在电化学储能领域展现出巨大的应用潜力。然而，其层状结构易于堆叠，且表面终端基团在含氧环境中稳定性不足，使其在高扫速下比容量衰减严重。本研究以Ti3C2Tx MXene为结构基元，以芳纶纳米纤维（ANF）为界面有机相，通过水热氧化重构与界面组装有效增强了MXene的高倍率储能特性。研究表明，水热处理后的MXene（ht-Ti3C2Tx）呈现部分氧化及表面脱氟的特点，所构筑的ht-Ti3C2Tx /ANF电极在2 mV/s下比容量达到407.9 F/g，在500 mV/s高扫描速率下比容量仍保持在246.1 F/g，容量保持率达60.3%，显著优于未处理的Ti3C2Tx /ANF电极。此外，该复合电极在20 A/g的大电流密度下仍可保持220.0 F/g的高比电容，表现出优异的倍率性能。动力学分析表明，ht-Ti3C2Tx /ANF的b值提高至0.90，电荷转移阻抗显著降低，表明其表面反应控制赝电容行为。此外，电容贡献率随着扫描速率提升，由2 mV/s时的86.7%提升至50 mV/s时的96.8%。同时，其双电层电容提升至44.7 mF/cm2，表明其具有更大的电化学活性比表面积和更快的离子传输速度。该薄膜兼具良好的力学性能，其抗拉强度为46 MPa，韧性达0.64 MJ/m3，并且其具有低的红外发射率（约13%），在-10~200℃内保持稳定的红外隐身性能。这一策略为构筑兼具高倍率性能与多功能特性的MXene基储能电极材料提供了可行途径。关键词：MXene;芳纶纳米纤维;界面工程;超级电容器;电化学储能28|5|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：锂离子电容器（lithium-ion capacitor，LIC）作为一种新兴的储能器件，具有超级电容器高功率密度与电池高能量密度的核心优势，可在快速充放电的同时实现高能量储存，在电动汽车、便携式电子设备和电网储能等多个领域具有广阔应用前景。然而，LIC的发展仍受到正负极容量与动力学不匹配的限制，导致其倍率及循环稳定性欠佳，影响进一步应用。因此，研发新型、具有优异动力学性能的负极材料，成为突破高性能LIC发展瓶颈的关键所在。本工作通过水热法制备导电金属有机框架（metal-organic framework，MOF）材料，Zn3（HHTP）2（HHTP=2, 3, 6, 7, 10, 11-hexahydroxytriphenylene），并系统研究了其作为LIC负极的电化学性能。Zn3（HHTP）2具有六边形孔状蜂窝结构，HHTP的扩展共轭结构允许平面内d-π键合和平面外π-π键合，赋予其良好的电子导电性。此外，其丰富的孔道结构可有效促进Li+的嵌入与脱出，使Zn3（HHTP）2表现出快速离子扩散和电子转移特性。电化学测试显示，Zn3（HHTP）2作为LIC负极表现出了良好的倍率和循环稳定性，在5 A/g的高功率下，其容量能保持在213.7 mAh/g，在1.0 A/g下经500次循环后，仍可保持约325 mAh/g的放电比容量。循环50次后电极的XPS分析证明，除Zn3（HHTP）2的层间及蜂窝状孔道外，有机配体也是重要的储锂活性位点。以Zn3（HHTP）2作为负极、活性炭作为正极，构筑的LIC器件能达到约104.8 Wh/kg的能量密度（400 W/kg），并且在2 kW/kg的高功率密度下其能量密度仍能达到约68 Wh/kg。该研究为导电MOF在电化学储能领域的拓展应用提供了新的思路和技术支撑。关键词：锂离子电容器;负极材料;导电金属有机框架;Zn3（HHTP）2;储锂机制29|5|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：通过干法涂布工艺提高电极负载是一种提高钠离子电容器电化学性能的有效方法。然而，当使用高负载干法活性炭（AC）电极作为负极时，电极中的聚四氟乙烯（PTFE）黏结剂在低电势下的不可逆反应会造成钠损失。本工作以干法活性炭电极片为负极，电化学预钠化的磷酸钒钠[Na3V2（PO4）3，NVP]为正极组装了高负载量的钠离子电容器，并通过X射线衍射、扫描电镜、球差校正透射电子显微镜和恒流充放电测试等表征，研究了预钠化的NVP正极在充放电过程中的补钠机制及其对钠离子电容器电化学的影响。结果表明，在恒流充放电的过程中，NVP正极在1.6 V（vs. Na+/Na）处的额外储钠平台比容量约为50 mAh/g，通过电化学预钠化可以有效地激活该平台，在有效补钠的同时提高了器件的AC电极负载量。当采用预钠化的NVP正极与负载为10 mg/cm2的AC负极组装钠离子电容器时，基于正极活性物质质量的能量密度最大可达165 Wh/kg，功率密度最大可达4.15 kW/kg。同时，在50 C的电流密度下，循环20000次后容量保持率为75%。本研究的正极预钠化策略有助于推动高性能钠离子电容器的应用。关键词：钠离子电容器;干法电极;预钠化;活性炭;磷酸钒钠38|7|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：寻求具有高电容性能的电极材料制备具有高柔性储能器件，在当今社会具有重要的研究价值和应用意义。鉴于此，本工作通过控制单质吡咯（Py）和氧化剂过硫酸铵（APS）的比例制备出具有高性能的球形颗粒聚吡咯（PPy）电极材料；利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等对电极材料的微观形貌结构进行表征；同时利用电化学工作站对电极电化学性能进行分析。结果表明，当Py与APS的摩尔比为1∶1时，表现出优异的电化学性能，在0.3 A/g的电流密度下表现出193.5 F/g的高比电容，5 A/g电流密度下经过5000次充放电循环后，仍有85%的电容保持率。此外，配制具有优异流变性能的丝网印刷油墨，基于丝网印刷工艺组装柔性叉指超级电容器，对比普通叉指器件，齿形叉指器件表现出更为优异的电化学性能，在1 mA/cm2的电流密度下经过5000次充放电循环后，电容保持率高达91%，当功率密度为0.11 mW/cm2时，可产生0.0344 mWh/cm2的能量密度。因此，本工作制备了PPy油墨，通过丝网印刷工艺组装柔性齿形叉指超级电容器，其在柔性电子设备储能领域具有广阔的发展前景。关键词：超级电容器;聚吡咯;丝网印刷;叉指电极31|41|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：针对超级电容器在能量密度、电压及自放电等方面的局限性，为提升电源系统的综合性能，探讨了将其与锂离子电池结合的复合电源拓扑，旨在通过二者的优势互补，实现能量与功率性能的协同优化，以适应高功率脉冲、频繁循环等复杂工况需求。研究过程以超级电容器与锂离子电池的物理模型为基础，首先理论分析了两者的输出特性差异，重点比较了内阻、电压平台及放电曲线等关键参数。系统构建并仿真了5种超级电容器锂离子电池的复合电源拓扑结构，包括直接并联、通过电感并联、通过电阻并联、通过DC/DC并联以及通过双向DC/DC并联。通过建立仿真实验平台，设定脉冲负载工况，定量对比分析了不同拓扑下母线电压的动态响应、超级电容器与锂离子电池之间的电流分配特性以及超级电容器的能量利用率。研究结果表明，复合电源能有效提升系统脉冲功率能力并延长锂离子电池寿命。在5种拓扑中，直接并联与电阻并联结构简单，分配的脉冲电流与两种储能元件的内阻成反比，但存在母线压降大和超级电容器利用率受限的问题；电感并联可抑制锂离子电池的放电电流，但电感会引起母线过压尖峰；通过DC/DC并联能精确限制锂离子电池输出电流并提升超级电容器的利用率；而通过双向DC/DC并联则能最优地控制母线压降，但对双向DC/DC的动态响应性能要求更高。本研究通过理论分析与仿真验证，系统评估了不同复合电源拓扑的工作原理与性能特征，为面向不同应用场景的超级电容器锂离子电池复合电源拓扑选型与优化设计提供了重要的理论依据和实践参考。关键词：超级电容器;锂离子电池;复合电源20|6|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：电化学阻抗谱（EIS）是表征非对称超级电容器动力学特性的关键技术。然而，在表征高噪声的电极材料时，传统的非线性最小二乘法常因为难以获取准确的阻抗参数初值而导致拟合失准。为解决这一难题，本工作提出了一种基于跨表征融合与双层集成机器学习架构的EIS参数智能辨识方法。该方法深度提取循环伏安与恒流充放电曲线中的物理信息来构建特征矩阵，建立其与EIS关键参数（如内阻、恒相位元件等）之间的可解释映射关系，通过潜变量提取和时序归一化方法对全量特征进行降维和增强，构建XGBoost、随机森林、岭回归、ENR集成的双层机器学习架构进行训练，最终实现高精度的跨表征EIS参数估计。实验结果表明，所提方法的估计结果与直接基于EIS特征的估计结果高度一致，在钴锰基等材料体系中展现出跨材料体系的高度稳定性。本研究不仅为非对称超级电容器的EIS拟合提供可靠的初值估计策略，显著提升了拟合的收敛性与准确度，同时也为高噪声条件下的电化学阻抗参数辨识提供了新思路。关键词：电化学阻抗谱;非对称超级电容器;机器学习;参数辨识31|19|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：本研究针对二氧化锰（MnO2）材料在超级电容器领域内难以发挥自身高能量密度与高功率密度的问题，提出了一种“自下而上”的策略以实现二者的良好平衡。本策略通过引入与[MnO6]晶胞参数相似的[MoO6]单元，在水热过程中扰动[MnO6]的组装，实现MnO2结构的精确调整；通过调节[MoO6]浓度可以精确控制所得MnO2的形貌、晶型和内部缺陷；通过SEM与TEM测试证实了[MoO6]对MnO2形貌的改变。XPS与HRTEM结果表明[MoO6]将引入更多氧空位与无序结构。电化学测试结果表明，适度[MoO6]浓度材料（Mo0.05-MnO2）在5 mV/s的扫速下表现出158.9 F/g的比质量电容，而当扫速提升至200 mV/s时依旧能保持68%的容量。通过原位阻抗技术观测了[MoO6]对MnO2储能过程的影响，并得到不同浓度[MoO6]掺入MnO2电极的扩散系数。结合有限元分析，适度的[MoO6]导致的富含缺陷但局部有序的结构平衡了活性位点数量与离子扩散平衡时间，实现功率密度与能量密度的协同增强。本研究不仅提供了一种储能表现优秀的MnO2电极材料制备方法，还揭示了MnO2电极内部的构效关系，为下一代赝电容材料的设计提供理论指导与新思路。关键词：超级电容器;二氧化锰;结构缺陷;离子扩散;构效关系24|5|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：超级电容器凭借其高功率密度、充放电速度快以及长循环寿命等显著优势，已成为现代储能技术的重要组成部分。然而其相对偏低的能量密度制约了其在新能源汽车与智能电网等长续航需求领域的进一步应用拓展。近年来，人工智能技术的快速发展为突破这一性能瓶颈提供了全新的研究路径。本文遵循“材料研发-器件管理”双阶段框架，系统综述了人工智能在超级电容器全生命周期中的研究进展。在材料研发阶段，回顾了开放式计算材料数据库及面向超级电容器的专用电化学数据库的发展现状，介绍了描述符的特征工程演进路径。重点综述了深度学习预测模型的技术演进，包括早期图神经网络、通用神经网络及大规模基础模型，阐述了从人工特征工程向端到端表示学习的范式转变及其对高通量虚拟筛选效率的显著提升。介绍了贝叶斯优化与主动学习驱动的合成工艺优化策略及“预测-合成-验证-反馈”闭环范式，阐述了基于扩散模型与自回归模型的生成式逆向设计方法，分析了其根据目标性能约束直接生成候选材料结构的应用潜力。在器件运维阶段，以锂电池领域的成熟方法论为参照，系统综述了健康状态评估与剩余使用寿命预测的技术演进，涵盖物理模型、传统机器学习、深度学习、状态空间模型、生成式预训练及物理信息神经网络，介绍了迁移学习与联邦学习在数据稀缺与隐私保护场景中的应用。展望未来，构建遵循原则的统一超级电容器数据库、发展适配孔网络拓扑特征的全局描述符、实现自主实验平台与闭环反馈系统的深度整合，将是推动人工智能从辅助分析工具向全链条核心研究基础设施转变的关键路径。关键词：超级电容器;人工智能;深度学习;材料设计;图神经网络;生成式模型;数据驱动34|21|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：氮化钼（MoxNy）具有丰富的晶格结构、类金属导电性及高赝电容，是一类新型赝电容材料，在高性能超级电容器领域展现出广阔的应用前景。本文以“晶型/组成-电子结构-储能机制-电容性能”为主线，系统综述了MoxNy电子结构、储能机制以及电极材料电容性能的研究进展。首先分析了MoxNy独特的“共价-金属-离子”三键合电子杂化体系，研究了从立方相γ-Mo2N、四方相β-Mo2N到六方相δ-MoN以及富氮相Mo5N6、MoN2的结构演变规律，揭示了氮原子占位对晶格对称性、电子态密度及离子传输性能的调控机制。在此基础上，阐明了晶体结构、化学计量比与维度效应对材料电子结构和电容性能的调控机理。进一步论述了MoxNy表面氧化还原与体相离子嵌入协同作用的赝电容储能机制，总结了从电子结构层面优化电化学性能的策略进展，包括原子掺杂、异质界面工程、高熵氮化物设计等，并展望了MoxNy电极材料的发展，旨在为下一代高能量/高功率密度储能器件的电极材料研究提供指导。关键词：超级电容器;氮化钼;晶体结构;电子结构;储能机制20|4|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：超级电容器需兼顾高能量密度与高功率密度，以适配可穿戴、便携式电子设备及微机电系统的供能要求。高活性物质负载量（>10 mg/cm2）下维持快速离子传输动力学，是当前厚电极制造的核心难题。直写式3D打印（direct ink writing，DIW）可精准构筑垂直低曲折孔道与分级多孔结构，为缓解厚电极离子传输动力学瓶颈提供了有效途径。针对DIW过程中墨水流变与多场耦合的复杂性，融合机器学习的数据驱动方法，可为墨水筛选与电极结构优化提供高效支撑。本文系统综述了DIW技术在超级电容器领域的研究进展，阐述了MXene、石墨烯等高浓度电容型墨水的流变学准则与剪切诱导取向机制，探讨了机器学习在构建“工艺-结构-性能”定量关系、电极拓扑逆向设计中的应用，分析了3D打印在超厚电极构筑、二维材料堆叠抑制、高深宽比微型超级电容器制备中的技术优势。最后归纳了该领域在制造精度、数据标准化、多材料界面集成等方面的现存挑战，并对经验式研发向数据驱动智能制造的转型方向进行了探讨。关键词：直写式3D打印;超级电容器;微观结构调控;厚电极;机器学习;数据驱动24|19|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：水系超级电容器具有高功率、低成本、高安全、环境友好等优点，被认为是极具潜力的下一代储能器件。然而，传统水系电解液受水热力学分解电压（≈1.23 V）的限制，电化学稳定窗口较窄，导致器件能量密度较低。盐包水电解质的提出显著拓宽了电化学稳定窗口（可达约3 V），不仅提升了器件的工作电压，也扩大电极材料的稳定工作区间协同提高其比容量。同时，更宽的电位范围进一步拓展了正负极材料的选择及电位匹配范围，使高电位赝电容材料及混合电容体系能够在水系环境中稳定运行。此外，该体系还能够调控高浓度溶剂化结构与界面化学环境形成稳定界面层，保障器件在高电压下的稳定运行。在此基础上，近年来发展的多组分溶质、杂化溶剂及凝胶等衍生盐包水体系，在保留宽电化学窗口优势的同时，在降低体系黏度、提高离子电导率、改善低温性能以及赋予器件柔性与宽温适应性等方面展现出重要作用，进一步拓展了水系超级电容器在柔性器件、微型储能等领域的应用潜力。本文综述了盐包水电解质的基本概念与工作机制、宽电化学窗口的形成机理、典型体系、存在挑战及优化策略，并重点阐述了其衍生体系在超级电容器中的应用进展。最后，对盐包水电解质的未来发展进行展望，为构建兼具高工作电压、优异倍率性能、高能量密度及良好环境适应性的超级电容器提供理论依据与研究思路。关键词：盐包水电解质;超级电容器;高电压;溶剂化结构;界面钝化层20|6|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：双电层超级电容器因充放电速度快、功率密度高和循环寿命长等优势，在电力电子、交通运输及国防军事等领域展现出广阔的应用前景。多孔碳材料凭借高比表面积、高电导率及低成本等特点，成为当前最具商业价值的电极材料。多孔碳超级电容器通过在电压作用下吸附离子进入多孔电极内形成固液界面双电层，实现储能。因此，深入阐明多孔碳纳米限域空间中拓扑结构对离子传输与电荷储存机理的影响机制，对于多孔碳电极的理性设计具有重要意义。基于此，综述了多孔碳储能机理研究的最新进展，重点探讨了分子动力学等理论模拟方法在电荷存储及离子传输机理研究中的重要作用，特别强调了亚纳米孔电容反常增加、微孔碳充电速度随孔径振荡变化、介孔碳分工协作机制及分级多孔碳预存储-协同传输机理等最新进展。最后，指出未来研究应向实验约束电极模型构建、多尺度模拟方法发展、赝电容机理解析及数据驱动结构设计等方向推进。本文旨在深化对于多孔碳超级电容器储能机理的理解，为高性能超级电容器的研发提供理论基础。关键词：超级电容器;多孔碳;分子动力学模拟;电荷存储;离子传输25|7|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：赝电容储钠材料凭借高比容量和高倍率性能的综合电化学特性，对实现兼具高功率与高能量密度的钠离子电容器具有重要应用价值。本文系统综述了赝电容材料的电荷存储机制、电化学性能及其动力学特性，并总结了基于赝电容储钠材料所组装钠离子电容器的研究进展。重点围绕钛基、钒基、锰基等典型赝电容储钠材料的储钠机制、结构调控与电化学性能之间的构效关系展开讨论，深化对赝电容材料“储钠机制-性能协同”规律的理解，创新提出了“高容量电池型正极-高倍率赝电容负极”的新型混合器件设计方案，进而推动实现钠离子电容器在高功率密度下的高能量密度以及长循环寿命性能。最后，面向未来高功率需求场景，对高性能钠离子电容器的产业化发展方向作出展望。关键词：赝电容;钠离子电容器;反应机制;高倍率24|5|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：锂离子电容器兼具高能量密度与高功率密度优势，在电网调频、数据中心功率补偿等场景中极具应用潜力。但其负极在循环过程中固态电解质界面的形成和不可逆嵌锂行为，会造成大量活性锂损耗，严重影响器件性能。预锂化是解决这一瓶颈的关键技术，但深度预锂化引发的“不可逆锂”生成与固态电解质界面失效，使器件高能量密度与长循环寿命难以兼顾。本文系统梳理了预锂化在补偿初始锂损失、构建锂源储备和拓宽电压窗口三方面的核心作用，分析了深度预锂化条件下“不可逆锂”的生成机理与固态电解质界面“自加速”失效机制，重点对比了直接接触、电化学、化学及正极预锂化4种技术路径，指出各类方法在应对“高补锂量-界面稳定性”核心矛盾时的固有局限。评述了当前在参数调控、界面修饰及界面组成优化方面的研究进展，认为现有策略尚未从热力学与动力学源头解决“不可逆锂”生成这一问题。最后，提出未来应聚焦“不可逆锂”源头规避、层级结构界面可控制备以及工艺工程化适配三个方向，以期为高性能锂离子电容器的设计提供参考。关键词：锂离子电容器;预锂化;能量密度提升;循环寿命延长;界面稳定性;不可逆锂31|5|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：锂离子电容器是一种介于传统双电层电容器和锂离子电池之间的新型混合储能器件，兼具高功率密度、高能量密度、超长循环寿命、宽温适应性及低安全风险等优势，在风力变桨、轨道交通与汽车制动能量回收、电力调频及电磁弹射装备等领域具有重要应用前景。然而，该器件中电池型负极与电容型正极之间存在的热力学特性差异及动力学速率不匹配问题，严重制约了其能量密度与循环稳定性。同时，为匹配正负极差异化的电荷存储机制，电解液需兼具良好的正负极兼容性、电化学稳定性以及高效的锂离子传导能力，这一严苛要求限制了锂离子电容器综合性能的突破。近年来，该领域在电极材料改性、电解质优化与器件关键技术等方面取得一系列突破，协同提升了功率密度与能量密度。区别于现有综述多聚焦于单一材料体系改进的局限，本文以界面兼容与动力学匹配为切入点，系统梳理了锂离子电容器核心材料与关键技术的研究进展，揭示了各组件协同作用机制，分析了不同技术路径对器件性能的影响。综合分析表明，优化材料结构、改善界面兼容性及调控动力学匹配性是提升器件综合性能的关键。同时还展望了其研究前沿与产业趋势，为该技术规模化应用提供理论与技术参考。关键词：锂离子电容器;正极;负极;电解质;预锂化技术35|3|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：超级电容器凭借其高功率密度和长循环寿命，在新能源与便携式储能等领域扮演着不可替代的角色。普鲁士蓝类似物因具备开放框架结构、丰富的氧化还原活性位点、较高的理论容量，以及成本低廉、易于制备等优势，被认为是一类极具应用前景的电极材料。然而，该类材料在实际应用过程中普遍表现出较差的循环稳定性，其理论性能与长期循环寿命之间仍存在明显差距。本文首先介绍了普鲁士蓝材料在超级电容器中的储能机制，并阐述了评估其循环稳定性优劣的主要依据。在此基础上，系统归纳了造成普鲁士蓝类似物电极材料循环性能衰减的关键因素，主要包括反复离子脱嵌引发的晶格畸变与相变、过渡金属离子在电化学反应过程中的溶解以及材料结晶水或晶格空位诱发的副反应与结构形变，进一步综述了提升其结构稳定性的主要策略，例如晶格调控、界面改性、电解液体系优化及反应条件调整等，并对相关机制及研究进展进行了阐释。最后，对人工智能预测与原位表征技术等未来研究方向作出展望，指出这些途径有望突破材料性能瓶颈，为开发高性能普鲁士蓝基储能器件提供有力支撑。关键词：普鲁士蓝;超级电容器;循环稳定性;晶格畸变;抑制溶解18|4|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：生成式人工智能、自动驾驶与智能物联网的快速发展提出了对低延迟、高能效、高密度集成的硬件系统的迫切需求。整流与储能功能分立的器件架构增加了神经形态计算硬件的集成难度，同时制约了其在微型化、低功耗场景的应用。超级电容二极管作为离子电子学领域兼具整流与储能一体化功能的新型器件符合高集成度硬件系统的需求，其以离子为电荷载体，通过离子选择性筛分与电荷存储耦合机制实现单向离子输运与可逆储能功能。本文首先阐释了超级电容二极管的核心工作机理与物理模型，厘清了其与传统半导体二极管、常规电容器的机制差异，其次梳理了非法拉第体系与法拉第体系的设计策略与构效关系，明确了其性能优势与适用场景，同时构建了整流储能一体化特性的多维度性能评价体系，解析了核心性能指标的定义、算法与现存局限。此外总结了器件从双电极基础结构到三电极栅控系统的演进路径，介绍了器件微型化、柔性化制备技术与应用进展。最后指出了该器件规模化应用面临的材料、工艺、集成兼容性等核心瓶颈，展望了领域未来研究方向：深化材料构效关系解析以开发高性能适配的材料与电解质体系，同时拓展器件高频性能边界并完善统一性能评价标准。关键词：超级电容二极管;整流储能一体化;电化学电容;离子电子学;神经形态计算13|4|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：金属硒化物具有高本征电导率、可调的多层级结构以及丰富的氧化还原活性位点，近年来在超级电容器领域备受关注。这些独特特性使其成为继金属氧化物之后的新兴电极材料。本文综述了金属硒化物的晶体结构、电子特性和基本物理化学性质，介绍了热液法、溶热法、化学气相沉积、模板导向法等主要的硒化物合成技术。阐述了金属硒化物电化学储能特性，特别是在超级电容器中的储能机制，包括基于离子吸附/脱附的双电层电容行为以及由表面快速法拉第反应主导的赝电容行为。详细介绍了典型的单金属硒化物与双金属硒化物的电化学性能，及其在超级电容器中的应用；归纳了提升电化学性能的改性策略，包括复合改性、形貌工程和界面工程等策略。尽管金属硒化物在能量密度和功率密度方面展现出显著优势，但仍面临体积膨胀、活性物质溶解及成本较高等挑战。未来研究需聚焦于材料设计、机理解析以及器件集成等方面，以推动金属硒化物基超级电容器的实际应用。关键词：金属硒化物;电化学储能;超级电容器;电极材料;优化设计19|5|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：超级电容器作为高功率密度、快速充放电及长循环寿命的电化学储能器件，在能量缓冲、脉冲供能等场景中发挥着重要作用。然而，其较低的能量密度限制了其在持续性高能量需求场景中的应用。为拓展超级电容器的功能边界，研究范式正从性能优化转向多功能集成，推动其从被动的“储能元件”向主动的“功能平台”演进。基于“离子限域传输”机制的创新器件，首次将整流、开关等电路功能与电容储能相融合，标志着超级电容器研究进入了离子电子学的新阶段。与此同时，受生物神经启发的流体忆阻器为高能效神经形态计算提供了新路径。值得注意的是，超级电容器中的离子限域传输与流体忆阻器的非线性离子动力学在物理本质上高度相通，均源于离子在纳米受限环境中的选择性输运与弛豫行为。这一共性催生了“超级电容器忆阻器”这一前沿方向，旨在通过调控纳米限域空间内的离子非线性传输，在单一器件中实现储能与记忆功能的本质融合。本文首先系统梳理了超级电容器忆阻器从概念提出到功能实现的发展脉络，揭示了其从被动储能元件向主动智能功能平台的演进逻辑；在此基础上深入剖析了其核心物理机制，离子在纳米限域空间内的非线性传输与弛豫动力学；文章进一步总结了关键材料平台的“结构-性能”协同设计策略，同时指出了该领域在微观机理理解、器件稳定性及系统集成方面面临的挑战；最后，展望了其在神经形态计算、电容计算架构等前沿方向的潜力，为这一交叉领域的深入研究与应用探索提供了清晰的路线图。关键词：超级电容器;流体忆阻器;非线性离子传输;迟滞回线;离子电子学23|3|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：在“双碳”目标驱动下，以新能源为主体的新型电力系统给短时高频储能技术提出迫切需求。本文对超级电容储能的技术经济特性进行了系统的分析，建立全生命周期成本与收益的评价模型，找出影响它发展的主要障碍，从价值核算体系、市场交易机制、商业模式创新、政策保障四个方面给出了系统推广路径。经过研究发现，对系统进行优化集成、进入辅助服务市场并考虑超级电容的混合储能方案，可以明显改善项目的经济状况，预计到2030年该类项目的平准化储能成本会比目前下降超过三分之一。研究结果可以给双碳背景下超级电容储能产业化发展提供理论基础和决策依据。关键词：双碳目标;超级电容储能;技术经济性;推广路径16|5|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：超级电容器具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命和良好安全性，在电网调频、能量回收和脉冲功率输出等场景中展现出重要应用价值。多孔碳材料凭借资源丰富、导电性较好、结构可调和电化学稳定性高，长期占据超级电容器电极材料研究的重要地位。然而，多孔碳材料存在前驱体复杂多样、制备参数耦合强、孔结构与表面化学协同调控困难、构效关系难以定量描述等问题，传统经验试错方式已难以满足高效设计需求。人工智能与材料信息学的发展为超级电容器研究提供了新的方法学支撑。本文围绕“数据-模型-机制-优化”研究思路，系统综述了人工智能在超级电容器中的研究进展：首先总结了孔结构、表面化学、缺陷和电解液溶剂化等关键因素对储能行为的影响；其次梳理了数据收集、特征工程、模型选择、可解释人工智能及其在性能预测中的应用；进一步归纳了人工智能在碳源筛选、合成参数优化、逆向设计以及多目标器件优化中的代表性成果；在此基础上，讨论了人工智能与机器学习势函数、第一性原理计算、分子动力学等多尺度模拟的融合进展。最后，针对当前领域中数据异构、评价标准不统一、模型泛化能力不足、解释性与机制验证脱节等问题，提出了构建最小信息集、建立分层评价基准、强化人工智能-模拟-表征闭环以及推动自动化实验平台发展的建议。本文旨在为人工智能驱动的多孔碳材料从相关性拟合走向机制牵引设计提供参考。关键词：超级电容器;多孔碳;人工智能;机器学习;工艺参数优化;多尺度模拟39|49|0更新时间：2026-05-28
- 摘要：电解液作为碳基超级电容器（SCs）离子输运的核心载体，决定着SCs容量、倍率、循环及安全等多项关键性能。传统有机单阳离子电解液在电压窗口、离子电导率、高低温适应性等方面尽管不断改进，但伴随着人类社会智能化，对下一代电解液的开发愈发迫切。“有机双阳离子电解液”凭借其独特的高电荷密度优势，展现出超越传统电解液的巨大潜力。本文针对有机双阳离子电解液，从侧/桥链长度、空间结构及电荷密度等角度系统地总结有机“混合双阳离子”（即有机阳离子间、有机阳离子与金属阳离子间）和“非混合双阳离子”（即哌嗪环、咪唑环、吡咯环等）电解液体系的研究进展，着重讨论其在电压窗口、比电容、工作温度等性能上的优势及相应机理。最后，归纳了当前研究不足及未来研究方向。总之，该综述为非混合有机双阳离子电解液的合理设计、电压窗口与离子传输等核心性能及空间效应/机制的认识，提供了框架及细节视角上的启示。关键词：超级电容器;电解液;有机双阳离子;电压窗口;离子传输21|7|0更新时间：2026-05-28
超级电容器关键材料与器件专刊
- 摘要：该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2026年2月1日至2026年3月29日上线的锂电池研究论文，共有4200篇，选择其中100篇加以评论。正极材料研究以高镍层状氧化物、富锂锰基及部分新型锰基与有机正极为主，重点关注体相掺杂、表面包覆、异质结构构筑及循环过程中的结构稳定性。负极材料方面，金属锂负极为研究重点，集中于三维宿主构筑、合金化调控、人工界面设计及沉积行为调节，硅基负极则涉及三维结构设计。电解质研究涵盖卤化物、硫化物、氧化物、氟化物、聚合物及其复合固态电解质，同时也包括面向高电压、宽温域及高安全需求的液态电解液与添加剂设计。电池技术方面，全固态锂电池仍是关注重点，干法电极、界面缓冲层、枝晶抑制及低压实运行等均有进展，并兼顾锂硫电池正极设计与催化调控、无负极及黄铁矿等新体系探索。表征分析主要涉及锂沉积与扩散、界面演化及固态电解质稳定性。电池回收方面涉及预处理过程的生命周期评价、机械化学回收及电化学浸出等湿法路线。计算和深度学习则聚焦于电极应力-输运耦合、扩散动力学、固态电解质筛选及智能化状态估计。关键词：锂电池;正极材料;负极材料;电解质;电池技术30|13|0更新时间：2026-05-28
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