中国科学院山西煤炭所田晓冬等：氧化还原增强超级电容器进展与展望|研究综述

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酥鱼 | 编辑

近日，中国科学院山西煤炭化学研究所田晓冬副研究员、宋燕研究员以及中北大学胡胜亮教授在能源材料与器件（Energy Materials and Devices）发表了题为氧化还原电解质增强炭基超级电容器：最新进展和未来展望（Redox electrolyte-enhanced carbon-based supercapacitors: Recent advances and future perspectives）的综述文章。该文章总结了氧化还原电解质增强超级电容器（RE-SC）的最新进展，重点介绍了储能机制和自放电的抑制策略，并对其未来发展侧重进行展望，该工作得到AAAS主办的全球科技新闻网站EurekAlert报道，欢迎各位老师阅读分享。

清洁能源的高效储存是实现碳中和的主要环节之一。超级电容器和电池是目前常见的两类能量存储器件。然而，电池的能量密度高但是无法实现可以满足需求的高功率输出，超级电容器可以提供满足需求的高功率输出但能量密度低。目前主流的解决方案是引入赝电容材料，开发杂化电容器达到维持较高功率密度的同时，提升器件的能量密度。一种简单可行的方法是在电解液中添加氧化还原助剂，组装氧化还原电解质增强超级电容器（RE-SC）。

这类器件具有如下特点：

鉴于以上优点，近些年，RE-SC的研究受到广泛关注。

RE-SC近年论文数量汇总（搜索关键词：氧化还原电解液、炭基超级电容器，数据来源：web of science）

随着研究的不断深入，研究人员对RE-SC的储能过程有更深刻的认识。研究发现，氧化还原介质的引入，虽然可有效提升炭基超级电容器的能量密度，但也出现了较为严重的自放电行为。为了克服自放电带来的发展瓶颈，研究人员从隔膜改性、电解质调制、电极设计和器件优化等方面进行了相关技术攻关。

在电容器中，隔膜将负极与正极隔离或阻挡，并提供离子往返通道。通过优化隔膜的孔径、离子选择性和极性可以限制氧化还原介质在正负极之间的穿梭，从而达到抑制RE-SC自放电的目的。例如，离子交换膜已经可以减少RE-SC中的自放电，但目前成本太高，无法广泛使用。优化氧化还原电解质也可以减弱自放电。一些电解质可以在充电和再充电过程中形成可逆的固体复合物，降低自放电速率，从而实现高能量密度、高功率输出、长寿命。

RE-SC电极的孔结构和表面极性是抑制自放电的重要环节。对隔膜和电解质优化的研究表明，加强离子与电极表面之间的相互作用可限制RE-SC的自放电。例如，孔径小于1nm的碳基电极比大孔径电极表现出较慢的自放电。正负极采用不同的电解质添加剂构筑新型非对称器件或者使用功能阻隔层同样可以有效抑制自放电。

RE-SC特点及自放电抑制策略