Small Methods: 氧缺陷型金属氧化物超级电容器的研究进展综述

随着石油、煤和天然气等不可再生能源的不断消耗,太阳能、风能、潮汐能等对环境友好的可再生清洁能源在工业生产和日常生活中占据着越来越重要的位置。现今,新型、高效能量存储装置的研究和开发已然成为新能源产业发展的关键环节。超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置,具有功率密度大、容量高、充放电速度快、循环稳定性好、经济环保等优点,在未来可再生能源的储存和转化方面具有巨大应用前景,引起了各国科学家的广泛关注。金属氧化物因其化学价态易调节和活性位点众多的特点而成为最常用的超级电容器的关键电极材料之一,但是这类材料通常面临着本征导电性差和循环稳定性差等问题。研究发现,通过合理的结构设计,在金属氧化物中引入氧缺陷即可解决上述问题,其电化学活性和电荷储存能力也得到大幅提高。

最近,中山大学童叶翔教授和卢锡洪教授团队在Small Methods上发表了题为 “Oxygen Defects in Promoting the Electrochemical Performance of Metal Oxides for Supercapacitors: Recent Advances and Challenges”的综述论文,结合课题组前期工作系统、全面地概述了近年来氧缺陷型金属氧化物超级电容器取得的最新进展。文章详细论述了在金属氧化物中引入氧缺陷的策略(主要包括金属离子自掺杂、异质离子掺杂及双离子掺杂等),系统比较了各种方法在提高超级电容器电荷储存能力方面的优势和局限。作者还通过总结该领域的最新进展阐述了氧空位提高金属氧化物电极电化学性能的特殊贡献及工作机制,并详细讨论了相关影响因素。最后,文章展望了氧缺陷型金属氧化物超级电容器在储能领域将要面临的机遇和挑战。

本文旨在为广大研究者对氧缺陷型电极材料的设计与制备提供思路。相关工作发表在Small Methods (DOI:10.1002/smtd.201900823)。本文第一作者为中山大学博士研究生张熙悦。