Strategies to reach ultra-high capacitance values for supercapacitors: materials design
本文通过指出适当的电极和器件设计的重要性，强调了超级电容器的最新发展。我们报告了十个极高性能的超级电容器，其比电容值是迄今为止最高的。这些采用创新电极材料的最新设计已与其简短描述一起讨论。这里收集的超级电容器具有促进下一代能量收集和存储系统的最有前途的潜力。这篇综述仅仅是表面，可以帮助提供一个途径，超级电容器的研究，这仍然是开放的探索和开发新的新材料的能源应用的未来。
2021-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hierarchically porous Ni monolith@branch-structured NiCo2O4 for high energy density supercapacitors
采用一步水热法在微孔泡沫镍上成功地生长了纳米线、纳米片、纳米片@纳米线等不同结构的NiCo 2 O 4。电化学电容的研究表明，Ni-Co2 O 4纳米片@纳米线结构在5A/g和50 A/g下的比电容分别为1380.3F/g和1033 F/g，在30 A/g下循环5000次后的电容保持率为86.7%。通过表征电极-电解质界面面积的表面粗糙度因子（RF）模型，进一步研究了电极表面形貌与比电容之间的关系。采用分级多孔（HP）Ni整体作为基底，显著提高了多孔Ni@NiCo2O4的RF，这说明了超级电容器高能量密度（12.6 F/cm 2）电极的模型。
2016-04-03 cond-mat.mtrl-sci
A model of large volumetric capacitance in graphene supercapacitors based on ion clustering
双电层超级电容器是基于离子可逆吸收到多孔导电电极中的用于高功率能量存储的有前途的装置。石墨烯由于其高导电性和大表面积而成为超级电容器中电极材料的特别好的候选者。在本文中，我们考虑由一堆石墨烯片与随机插入的“间隔”分子制成的超级电容器电极。我们发现，实验中观察到的大于100 F/cm ^3的大体积电容可以理解为离子集体嵌入石墨烯堆以及石墨烯电子的非线性屏蔽的结果，石墨烯电子使离子团簇的电荷重正化。
2011-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carbon-carbon supercapacitors: Beyond the average pore size or how electrolyte confinement and inaccessible pores affect the capacitance
本研究通过分子模拟发现，平均孔径相同的多孔碳电极因形貌差异，规整结构碳的电容远高于无序碳，揭示了电解质限域和不可接触孔隙对电容的影响，为储能材料的计算筛选提供了新思路。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Defect-engineered graphene for bulk supercapacitors with high energy and power densities
高能量和高功率密度超级电容器（SC）的开发对于实现下一代储能应用至关重要。纳米碳由于其经济可行性、高表面积和高稳定性而成为优异的SC电极材料。虽然纳米碳具有高的理论表面积并因此具有高的双层电容，但由于两个固有的瓶颈，存储在纳米碳-SC中的能量的净量远低于理论极限：i）它们的低量子电容和ii）有限的离子可及表面积。在这里，我们证明了石墨烯中的缺陷可以有效地用于通过大幅增加量子电容和打开新的通道来缓解这些瓶颈，以促进离子在其他封闭的层间空间中的扩散。我们的研究结果支持了一个新的能源范例的出现，在SC的双层电容超过理论极限的250%的增强。此外，我们展示了原型缺陷工程散装SC设备的能量密度500%以上，而不影响功率密度的最先进的商业SC。
2016-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Theory of volumetric capacitance of an electric double-layer supercapacitor
双电层超级电容器是一类快速发展的高功率储能装置，其基于浸入浓缩电解质或离子液体中的多孔电极。到目前为止，还没有微观理论来描述它们惊人的每单位体积约100 F/cm ^3的电容（体积电容），也没有很好地理解体积电容的基本限制。在本文中，我们提出了一个非平均场论的体积电容的超级电容器，捕获的离散性的离子和电极的排斥相互作用的指数屏蔽。我们认为分析和通过蒙特卡罗模拟的情况下，由一个好的金属制成的电极，并表明，在这种情况下，体积电容可以达到记录值。我们还研究了如何减少电容时，电极是一个有缺陷的金属，其特征在于一些有限的屏蔽半径。最后，我们认为，碳电极，尽管其相对较大的线性屏蔽半径，可以近似为一个完美的金属，因为其强大的非线性屏蔽。通过这种方式，可以理解实验测得的电容值约为100 F/cm^3。
2011-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles simulation of capacitive charging of graphene and implications for supercapacitor design
超级电容器通过形成双电层来存储能量，双电层在电极-电解质界面处产生强电场。与传统的金属电极不同，石墨烯衍生的材料具有低的电子态密度（即，量子电容），这限制了它们重新分配电荷和有效屏蔽该场的能力。为了探索这些效应，我们引入了基于有效屏蔽介质框架的第一原理方法，该方法用于直接模拟单层和多层石墨烯的电荷存储行为，其方式更接近于操作设备。我们表明，界面场的存在显着改变了比几个石墨烯层更薄的电极中的电容，在很大程度上源于固有的空间电荷屏蔽限制。还发现电容对电极和溶剂（接触层）之间的间隙高度敏感，这提供了通过电解质的适当工程来调谐电极的界面电容的可能性。我们的研究结果提供了实验测量和固定带模型之间的差异的另一种解释，并为改进石墨烯基器件提供了具体的启示。
2014-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Influence of aqueous electrolytes on electrochemical performance of vertical graphene nanosheets supercapacitor electrode
研究了以可控多孔网络形式生长的垂直石墨烯纳米片（VGN），并证明其是一种有前途的超级电容器电极材料。采用微波等离子体增强化学气相沉积法，以CH 4/Ar混合气体为前驱体合成VGN，考察其在Na 2SO 4、KOH和H2SO 4中的电化学性能，以阐明电解质效应。在电解质中，H2SO 4表现出优异的比面积电容（188微法/cm 2）和良好的电容保持率（96.8%）。即使在200次循环后，也没有观察到阻抗谱的显著变化。从奈奎斯特图中模拟了系统的等效电路，以阐明电极/电解质界面的行为。这种潜在的超级电容器电极材料通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和接触角测量得到很好的表征。利用潜在的超级电容器的水性电解质也讨论了在硫酸介质中观察到的性能改善。
2016-03-28 cond-mat.mtrl-sci
One-step fabrication of flexible, cost/time effective and high energy storage graphene-based supercapacitor
微尺寸和平面内超级电容器的进步导致在便携式和可弯曲电子产品中产生可折叠的能量存储装置。微型超级电容器具有独特的电化学性能，如高功率密度、快速充电、长循环寿命和高安全性。在微型超级电容器的制造过程中，缩短时间和降低成本是微制造技术的重要因素。在这项工作中，一个简单的，可扩展的和具有成本效益的制造叉指还原氧化石墨烯@聚苯胺柔性微型超级电容器。我们发现，在PET衬底上的交叉指型微电极图案的制造中，通过激光照射，氧化石墨烯的还原和导电聚合物的生长在一个步骤中同时快速进行。在0.035mA/cm 2电流密度下，电容为72 mF/cm 2。这些高电容微型超级电容器表现出良好的稳定性，并且在0.7mA/cm 2电流密度下1000次循环后保持超过93.5%的电容。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Systematic investigation of capacitances in functionalized MXene supercapacitors $M_{n+1}C_nO_2$, $M=Ti,V,Nb,Mo$
本研究采用第一性原理电子结构方法，系统计算并分析 Ti、V、Nb、Mo 基原始与功能化 MXene 的三类电容来源，以揭示其原子尺度机制并解释实验结果。
2021-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Route to Achieving Enhanced Quantum Capacitance in Functionalized Graphene based Supercapacitor Electrodes
我们已经研究了量子电容（$C_Q$）功能化的石墨烯，改性与广告原子从周期表中的不同群体。利用密度泛函理论（DFT）计算系统地分析了石墨烯在功能化后电子能带结构的变化以及随后的改性石墨烯的量子电容（$C_Q$）。我们观察到，通过在原始石墨烯表面中控制掺杂N、Cl和Pad原子，可以显著增强量子电容。这些ad原子在系统中表现为磁性杂质，在费米能附近产生局域态密度，这内在地增加了系统中的电荷（电子/空穴）载流子密度。结果，观察到非常高的量子电容。最后，对于Cl和N官能化石墨烯的$C_Q$的温度依赖性研究表明，CQ在接近室温的宽温度范围内保持非常高。
2019-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Ionic liquid dynamics in nanoporous carbon: A pore-size- and temperature-dependent neutron spectroscopy study on supercapacitor materials
用准弹性中子谱研究了空间约束对室温离子液体1-N-丁基吡啶双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺（[BuPy][Tf_2N]）在不同孔径的多孔碳中的热激发随机阳离子动力学的影响。使用固定窗口扫描的潜力，即扫描样本参数，同时仅观察一个特定的能量传递值，获得宽温度范围内的动态景观的概览。它表明，这些数据已经提供了一个相当全面的了解的约束引起的改变的分子流动性相比，散装。一个互补的，更详细的分析，在选定的温度下的全能量转移谱揭示了两个平移扩散过程在不同的时间尺度上。两者都比在本体液体中慢得多，并且随着纳米孔尺寸的减小，各自的自扩散系数降低。具有相似孔径的纳米多孔碳中分子自扩散的不同热活化能表明孔形态对分子流动性的重要性，超出了纯粹的限制程度。尽管动态减慢，我们可以表明，纳米约束后的液体状态的温度范围显着扩展到低得多的温度，这是有益的潜在的技术应用，这样的系统。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Low-density functionalized amorphous carbon nanofoam as binder-free Supercapacitor electrode
通过室温脉冲激光沉积法制备低密度非晶碳纳米泡沫及氮功能化衍生材料作为无粘结剂超级电容器电极，氮掺杂样品展现出更高的面电容、电容保持率及10000次循环98%的优异稳定性。
2025-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spaced TiO$_2$ Nanotube Arrays Allow for High Performance Hierarchical Supercapacitor Structure
在这项工作中，我们描述了氮化分级TiO $_2$纳米管作为超级电容器电极的合成和电化学性能。分级TiO $_2$纳米结构是通过在自组织间隔TiO $_2$纳米管上控制的逐层TiO 2纳米颗粒装饰形成的。这些结构然后在NH $_3$气氛中在升高的温度下退火，以将材料转化为氮化物结构-这大大增强了它们的电子传输特性。分级结构的面电容可以通过改变修饰的TiO $_2$纳米颗粒层的数量来调节。分级结构的电容增强达到最大值时，通过纳米颗粒沉积的表面积是最高的，通过氮化的导电性进行优化。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Structural and electrochemical properties of MnO2-Carbon based supercapacitor electrodes
我们目前的结果的方法，将氧化还原活性锰氧化物的碳干凝胶的三维多孔结构下自限制的无电条件。通过改变碳骨架的结构，我们发现氧化锰的沉积优选发生在碳干凝胶的外表面区域上。从我们的详细分析中，我们得出结论，三维碳干凝胶的颗粒和孔径范围从10到20 nm和低锰氧化物前体浓度与长沉积时间相结合，有利于快速操作的赝电容电极具有高电容和有效利用的氧化还原活性成分。
2014-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the structure of in-situ synthesized few layer graphene/carbon composites into nanoporous vertically aligned graphene electrodes with high volumetric capacitance
在碳基天然前体（即蛋白质、多糖）存在下，膨胀石墨在水中快速简单地剥离，然后碳化，直接制备了几层石墨烯/碳（FLG/C）复合材料。几个参数，如C-前体的性质，FLG/C的比例和碳化条件（气体，温度）进行修改，以优化FLG/C的形态，组成和孔隙率，从而研究它们对重量和体积电容，它们的稳定性和贡献的赝电容（Ps）与双层电容（DL）的影响。考虑到它们在130-260 m2/g范围内的低BET表面积，很少有复合材料表现出极高的电容。最高的重量和体积电容分别为322 F/g和467 F/cm 3（0.5 A/g）;和能量/功率性能达到FLG/C：1/2，由石墨-牛血清白蛋白（BSA）合成。尽管69%（1.1V）的相对高的理论赝电容贡献，但该样品在高电流密度和提高的能量-功率密度下也显示出高容量保持率。整体大容量性能归因于来自组合结构特征的高电化学表面积：纳米孔隙率、具有FLG边缘的高度可及性的FLG对准和提高的堆积密度。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multi-scale modelling of supercapacitors: From molecular simulations to a transmission line model
我们进行分子动力学模拟的一个典型的纳米多孔碳基超级电容器。有机电解质由溶解在乙腈中的1-乙基-3-甲基-咪唑鎓和六氟磷酸根离子组成。我们模拟系统在平衡状态，为各种应用电压。这使我们能够确定相关的热力学（电容）和运输（孔内电导率）属性。然后将这些量注入传输线模型中，以测试其预测设备充电特性的能力。该宏观模型的结果与非平衡态分子动力学模拟的结果吻合良好，验证了该模型在解释电化学阻抗实验中的应用。
2016-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Molecular understanding of charge storage and charging dynamics in supercapacitors with MOF electrodes and ionic liquid electrolytes
我们提出了一个计算显微镜分析（有针对性的分子动力学模拟）的结构和性能的导电金属有机框架（MOF）电极在超级电容器与室温离子液体。分子建模预测电极电容的电位依赖性的特征形状，依赖于MOF电极的结构，特别是离子如何在极化下传输和驻留在MOF中。采用传输线模型表征了充电动力学过程，并从纳米尺度下的仿真数据出发，搭建了一座评估实际超级电容器器件宏观电容性能的桥梁。这种从纳米尺度到宏观尺度的分析证明了MOF超级电容器实现前所未有的高体积能量和功率密度的潜力。这项研究为实现这些结果提供了对MOF优选结构的分子见解，这可以为这些新系统的未来实验表征提供蓝图。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Transparent and flexible high-power supercapacitor based on carbon nanotube fibre aerogels
在这项工作中，我们报告了连续的透明和灵活的超级电容器的制造，通过沉积碳纳米管网络上的聚合物电解质膜直接从气凝胶的超长碳纳米管产生浮动在气相中。超级电容器结合了高透射率下的$1370 kW kg^{-1}$的记录功率密度（$ca. 70%$）、延长循环期间的高电化学稳定性（$>94%$电容保持超过$20 000 cycles$）以及抵抗重复的$180°$弯曲变形。与现有技术的基于石墨烯、CNT和rGO的透明超级电容器相比，它们表现出1-3个数量级的显著增强。这些特征主要源于CNT的异常长的长度，这使得材料表现为体导体而不是纵横比受限的导电网络，即使对于具有$>90%$透明度的电极也是如此。透明导体的电优值和电容优值分别为$FoMe = 2.7$和$FoMc = 0.46 F S^{-1} cm^{-2}$
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
The impact of physicochemical features of carbon electrodes on the capacitive performance of supercapacitors: A machine learning approach
本研究利用机器学习算法分析碳电极物理化学特征对超级电容器电容性能的影响，基于147篇文献的4899条数据训练模型，发现极端梯度提升模型性能最优，并开发了开源估算应用，同时构建了相关大规模数据集。
2023-04-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Tunable capacitance in all-inkjet-printed nanosheet heterostructures
从二维构建块构建的异质结构已经显示出用于场效应晶体管、存储器器件、光传感器和其他电子应用的前景1，2。2D纳米片晶体可以使用逐层方法3构建成多层异质结构，但该方法不能用于制造大规模和厚的异质结构，因为该过程耗时且效率低。沉积不同二维材料的另一种方法是喷墨打印4 -7。在这里，我们展示了通过喷墨印刷Ti 3C 2 Tx MXene纳米片作为电极和氧化石墨烯纳米片作为固态电解质来制造纳米片超级电容器。捕获在氧化石墨烯片之间的自由水分子促进质子移动通过分层固体电解质8。所制成的超级电容器显示出与现有印刷超级电容器相当的高面积电容、良好的循环稳定性以及高面积能量和功率密度。此外，通过添加液体电解质可以进一步增加比电容。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
On the development of an original mesoscopic model to predict the capacitive properties of carbon-carbon supercapacitors
我们报告了一个原始的介观晶格模型的发展，预测结构，动力学和电容性能的碳-碳超级电容器。该模型使用来自分子模拟的输入，例如自由能曲线来描述离子吸附，以及实验，例如晶格位点之间的跃迁的能量势垒。开发的模型比普通分子模拟快约10，000倍。我们将此模型应用于一组具有明确孔径的碳结构，并通过使用纯离子液体和乙腈基电解质进行模拟来研究溶剂化效应。我们表明，我们的模型是能够预测的吸附离子和电容量的范围内与实验值兼容。我们表明，有一个很强的依赖性上的孔径和溶剂的存在或不存在的计算性能。特别地，对于纯离子液体，对于较小的孔获得较大的电容，而对于有机电解质观察到相反的趋势。
2019-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Do specific ion effects influence the physical chemistry of aqueous graphene-based supercapacitors? Perspectives from multiscale QMMD simulations
特定的离子效应是否决定了水性石墨烯和石墨基超级电容器的电荷存储特性仍然是一个备受争议的话题。在这项工作中，我们提出了一个多尺度量子力学经典分子动力学调查的水溶液中的一元和二价盐电解质与完全极化带电石墨烯片。通过计算电化学双电层和量子电容，我们观察到一个恒定的电极比电容与阳离子半径和电荷。与直觉相反，我们确定阳离子吸附机制从内部到外部亥姆霍兹层的切换导致EDL电容的变化可以忽略不计，这似乎是由于石墨烯电极的稳健电子结构。然而，具有相对低的水合自由能的离子（如K+）穿透内亥姆霍兹平面并直接吸附在电极表面上的能力被发现减缓了它们平行于界面的扩散。外亥姆霍兹层中的离子被发现具有较高的扩散率在表面处，由于它们的位置在水层之间的离子通道。我们的研究结果表明，表面效应，如表面极化和部分脱水和局部结构的离子在表面上的阳离子的界面处的行为的基础上，并添加了一个重要的新的视角下看到的约束离子迁移率的趋势。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Remote Plasma Polymers of Iron (II) Phthalocyanine in Polyacrylonitrile-Derived Carbon Electrospun Fibers as Electrode for Supercapacitors
Materials Science Institute of Seville (CSIC-US)（塞维利亚材料科学研究所）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；University of Seville（塞维利亚大学）
利用远程等离子体聚合技术，在碳纳米纤维中整合铁（II）酞菁，制备高性能超级电容器电极，实现高比电容和优异循环稳定性。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Wettability and sp2/sp3 ratio effects on supercapacitor performance of N-doped hydrogenated amorphous Carbon Nanofoam
本研究通过真空退火调控 N 掺杂无定形碳纳米泡沫的润湿性与 sp2/sp3 比例，使其比电容提升约50倍，并结合原位拉曼-电化学测量解释了比电容随扫描速率增加的活化机制。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Comparison of the electrochemical performance of CeO2 and rare earth-based mixed metallic oxide (Ce0.9Zr0.1O2) for supercapacitor applications
采用溶胶-凝胶法制备了CeO 2和Ce0.9Zr0.1O2材料，研究并比较了它们在超级电容器中的电化学性能。通过XRD、SEM和EDX对CeO 2和Ce0.9Zr0.1O2进行了结构、形貌和元素研究。采用循环伏安法、恒流充放电和电化学阻抗谱技术研究了这些材料的电化学性能。掺杂增强了电极的电化学性能，通过提高掺杂体系在2 mV s-1下在2 mol L-1 KOH电解质溶液中对Ag/AgCl参比电极的比电容（~ 150%，从96 F g-1提高到243 F g-1）。Ce0.9Zr0.1O2在电流密度增加10倍的情况下仅表现出约30%的电容退化。Ce0.9Zr0.1O2在800次循环后也显示出16%的电容退化，在2 A g-1电流密度下具有优异的库仑效率（~100%）。用Zr 4+离子（0.84 μ m）部分取代Ce 4+离子（0.97 μ m）导致晶格参数减小，如Rietveld精修所证实的。Ce_（0.9）Zr_（0.1）O_2具有良好的能量和功率密度，分别为1.128Wh·kg ~（-1）和112.5W·kg ~（-1）。此外，Ce0.9Zr0.1O2在KOH电解质中更好的扩散性（使用基于Randles-Sevcik方程的分析表示）与更好的电化学性能相关。这里提出的这些见解清楚地表明，Zr掺杂到CeO 2中导致电化学和超级电容应用的有前途的候选材料。
2021-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Battery-like Supercapacitors from Vertically Aligned Carbon Nanofibers Coated Diamond: Design and Demonstrator
类电池超级电容器具有高功率和能量密度以及长期电容保持性。因此，所使用的电容器电极最好具有大的表面积、高导电性、高稳定性，并且重要的是不含粘合剂。本文中，采用垂直排列的碳纳米纤维（CNF）涂覆的掺硼金刚石（BDD）作为电容器电极来构造电池状超级电容器。通过热化学气相沉积技术生长，这些CNFs/BDD杂化膜是无粘结剂的并且具有多孔结构，导致大的表面积。同时，石墨烯层和铜金属催化剂在CNFs/BDD中的包含导致其高导电性。然后分别在惰性电解质（1.0 M H2SO 4溶液）和氧化还原活性电解质（1.0 M Na 2SO 4 + 0.05 M Fe（CN）63-/4-）中构建双电层电容器（EDLC）和伪电容器（PC）。对于组装的双电极对称超级电容器器件，EDLC和PC器件的电容在10 mV s-1下分别达到30和48 mF cm-2。即使在10000次循环后，它们仍保持不变。EDLC和PC装置的功率密度分别为27.3 kW kg-1和25.3 kW kg-1，其能量密度分别为22.9 Wh kg-1和44.1 Wh kg-1。形成的EDLC和PC装置的性能与市场上可获得的电池相当。因此，垂直排列的CNF/BDD杂化膜是一种合适的电容器电极材料，用于构建用于柔性功率器件的高性能电池类和工业导向的超级电容器。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Manganese Dioxide Decoration of Macroscopic Carbon Nanotube Fibers: From High-Performance Liquid-Based to All-Solid-State Supercapacitors
能够提供高电压、能量和功率密度但重量轻、体积占用小、柔性和机械坚固的超级电容器是非常令人感兴趣的，并且是便携式应用所需要的。在此，独立的柔性混合电极的基础上生长的宏观碳纳米管纤维（CNTf-MnO 2）的MnO 2纳米粒子制造，而不需要任何金属集流体。CNTf是一种具有良好导电性、机械稳定性和适当孔结构的载体，在优化的有机-水混合物中，通过电沉积制备多孔的ε-MnO 2纳米颗粒，并对其进行均匀修饰。这些修饰的纤维的电化学性能进行了评估，在不同的电解质，包括中性水溶液和纯的1-丁基-3-甲基吡咯烷鎓双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺离子液体（PYR 14 TFSI）。这种比较有助于区分对总电容的各种贡献：（表面）法拉第和非法拉第过程，通过水性电解质改善润湿。因此，具有PYR 14 TFSI的对称超级电容器在3.0 V下产生36 Whkg_（MnO_2）^（-1）（16 Whkg-1，包括CNTf的重量）的高比能量和17 kWkg_（MnO_2）^（-1）（7.5 kWkg-1）的实际比功率，具有优异的循环稳定性。此外，使用基于PYR 14 TFSI的聚合物电解质制造柔性全固态超级电容器，表现出由总活性物质归一化的最大能量密度为21 Whkg-1和最大功率密度为8 kWkg-1。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Multi-Walled Carbon Nanotube TiO2 Electrode Material for Next Generation Energy Storage Devices
目前的超级电容器存在严重抑制能量存储装置的效率、功率和电容的若干明显限制。超级电容器呈现出令人兴奋的前景，在可再生能源存储和现代电子设备中有无数的应用。近年来，碳纳米管（CNTs）的发展令人振奋，在电极开发中显示了优势。然而，CNT对于其增加的电极表面积是有益的，但是在导电性和电极密度方面具有严重的限制。从过渡金属氧化物和碳纳米管阵列中创造出纳米复合材料混合物将有助于现代超级电容器的当前限制。选择TiO 2是因为它在日常材料中常见，并且具有良好的电容水平。通过CCVD在SiO2前驱体上生长了多壁碳纳米管阵列。然后通过RF溅射方法将过渡金属氧化物沉积到MWCNT阵列上。使用扫描电容显微镜（SCM）进行充电测试和表征。虽然这些测试是初步的，但这种新型混合电极代表了电化学能量存储效率未来的令人兴奋的前景，以及向全球提供廉价能量存储解决方案的未来的进步。
2016-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Gas-phase functionalization of macroscopic carbon nanotube fiber fabrics: reaction control, electrochemical properties and use for flexible supercapacitors
定向碳纳米管（CNT）组装成纤维（CNTF）是开发和应用CNT独特的物理化学性质的一种方便的方法。CNT功能化已被广泛用于将其实现到复合材料和器件中。然而，CNTF功能化仍处于起步阶段，由于与CNTF形态保存相关的挑战。在这里，我们报告了一个彻底的研究CNTF织物的气相功能化，使用臭氧产生的原位从紫外线源。与基于液体的氧化方法相比，这种气相方法保留了CNTF的形态，同时显著增加了其亲水性。通过Raman、XPS、TEM和SEM对功能化材料进行了全面表征。其新获得的亲水性使CNTF在水介质中的电化学特性，这是不可能的原始材料。通过比较在水电解质和离子液体中的电化学测量，我们解耦了功能化对赝电容反应和量子电容的影响。功能化CNTF织物成功地用作具有基于离子液体的聚合物电解质的全固体超级电容器柔性装置中的活性物质和集流体。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Optically Controlled Supercapacitors with Semiconductor Embedded Active Carbon Electrodes
超级电容器，S-C -利用电极和电解质之间界面处的大电容的电容器-已经发现了许多短期能源应用。我们集中在这里的光诱导，电和热效应。平行板电池由两个透明电极（ITO）制成，每个透明电极覆盖有嵌入式电容器的活性碳（A-C）层。虽然A-C看起来是黑色的，但它不是一个理想的黑体吸收体，它不加选择地吸收所有光谱光。除了相对平坦的光学吸收背景外，A-C还表现出两个不同的吸收带：近红外和蓝光。第一个可能是由于OH-基团的吸收，后者，通过散射，可能是由表面等离子体。在这里，亚微米尺寸的SiC颗粒嵌入在A-C电极的光学和热效应，提出。与纳米Si颗粒类似，SiC表现出蓝带吸收，但不太可能氧化。使用充电-放电（CD）实验，相对光学相关的电容增加可以高达~34%（当考虑照明面积时为68%）。随着被照射的样品变得更热，注意到电容增加。使用CD实验，这种热效应占总体相对变化的20%。当用CdSe/ZnS量子点取代SiC颗粒时，热效应很大，后者的热效应为35%，而光学效应为10%。当分析光学效应时，可以考虑两个过程：半导体粒子的电离和电池终端下的电荷位移-偶极效应。我们的模型表明，电容的增加是有关的光诱导偶极子。
2021-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effects of Chemical and magnetic disorder on the electrochemical properties of V$_{2-x}$Mn$_{x}$CO$_{2}$} MXene electrodes
本文通过第一性原理计算系统研究了V$_{2-x}$Mn$_{x}$CO$_{2}$ MXene中化学与磁无序对电容的影响，发现表面磁结构可显著影响氧化还原电荷转移，为设计磁性超级电容器电极提供了新思路。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Application of murexide as a capping agent for fabrication of magnetite anodes for supercapacitors: experimental and first-principle studies
本研究通过实验与密度泛函理论，证实骨螺紫作为包覆剂可显著提升多壁碳纳米管-Fe$_3$O$_4$超级电容器负极的电荷转移与电容性能，并揭示了其桥接与螯合的新型成键机制。
2023-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Toward Unified Interphase Engineering: The Solid-Electrolyte Interphase in Batteries and Supercapacitors
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；Lehigh University（利哈伊大学）
本文提出了一种统一的界面工程框架，通过分析电池和超级电容器中固电解质界面的共同机制，为高能量密度和长循环寿命的储能系统提供设计指导。
2025-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantum Capacitance Modifies Interionic Interactions in Semiconducting Nanopores
由低维半导体材料制成的纳米孔，如碳纳米管和石墨烯狭缝孔，用于超级电容器。在其操作的理论和模拟中，通常假设这样的孔像金属孔一样屏蔽离子-离子相互作用，即屏蔽导致离子分离的相互作用电势的指数衰减。通过引入一个量子电容，占在材料中的状态密度，我们表明，在碳纳米管和石墨烯狭缝孔的离子-离子相互作用实际上衰减代数与离子分离。这一结果提出了一种基于调整孔的电子结构的电容优化的新途径：通过开发用金属材料或大块半金属材料制成的纳米孔，可以实现电容的显着增强。
2016-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Eco-Friendly Supercapacitor Architecture Based on Cotton Textile Waste and Biopolymer-Based Electrodes
Universidad de Lima（利马大学）；National University of Engineering（国立工程学院）
本研究利用棉纺织废料和生物聚合物开发环保超级电容器，通过改性水凝胶和壳聚糖基电极实现高导电性和可持续储能。
2026-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Dielectric Capacitors Composed of Graphene and Boron Nitride Layers: A First Principles Study of High-Capacitance at Nanoscale
利用自洽场密度泛函理论研究了一种纳米级介电电容器模型，该模型由位于两个相称的金属石墨烯层之间的二维六方h-BN层组成.通过施加垂直于层的电场来实现不同石墨烯层中不同符号的等量电荷的分离。存储的电荷，能量，和金属层之间产生的电势差计算从第一原理的弛豫结构。预测的高电容值表现出超级电容器的特性。本纳米级模型的电容行为与经典的亥姆霍兹模型相比，揭示了关键的量子尺寸效应在小的分离，这反过来又消退的金属平面之间的分离增加。
2013-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nanoconfined, dynamic electrolyte gating and memory effects in multilayered graphene-based membranes
在各个片之间掺入电解质的多层石墨烯基纳米多孔膜是一种独特的纳米异质结构系统，其中石墨烯中的纳米限制电子和片之间限制的离子在整个膜中紧密耦合。与电解质门控不太可能出现在多层石墨烯堆叠中的一般概念相反，在这项工作中证明了单层石墨烯中的电解质门控效应可以转移到其相应的多层多孔膜。通过限制在纳米孔中的电解质在每个单独的石墨烯片上呈现的这种门控效应提供了用于探测纳米限制的双电层的复杂动力学的实时电方法。这使得能够观察超级电容器中的离子记忆效应，并对超级电容器的充电动力学产生新的见解。这些发现可能会刺激新型纳米离子器件的设计。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ion-ion correlations across and between electrified graphene layers
当离子液体吸附到多孔电极上时，由于金属表面对库仑相互作用的屏蔽以及电极形态对其施加的限制，其离子排列被深度修改。特别是，相同电荷的离子可以紧密接触，导致超离子态的形成。置于两个液相之间的带电表面的影响还不太清楚。在这里，我们模拟了由1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和纳米多孔石墨烯电极制成的全超级电容器，石墨烯片之间的距离不同。通过允许碳电荷波动，电极保持在恒定电位。在强约束条件下，我们表明，相同电荷的离子往往吸附在前面的整个石墨烯平面。这些相关性是通过在离子之间的碳原子上形成高度局部化的图像电荷来实现的。当液体在石墨烯片之间采用双层结构时，它们在较大的孔中被抑制。这些效应在性质上类似于最近的模板效应，该模板效应在石墨烯衬底上纳米晶体的生长期间已被报道。
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Computer simulations of ionic liquids at electrochemical interfaces
离子液体广泛用作电化学装置中的电解质。在这种情况下，许多实验和理论的方法已被最近开发用于表征其与电极的界面。在这篇文章中，我们回顾了计算机模拟领域（主要是分子动力学）的最新进展。本文提出了一种模拟恒电位电极的方法。几种类型的电极几何形状已被许多团体研究，以模拟平面，波纹和多孔材料，我们总结了所获得的结果的液体的结构。该结构控制对于给定的施加电势可以存储在电极表面的电荷量，这是超级电容器（也称为电化学双层电容器）中离子液体的高度局部使用的相关量。一个关键的功能，这也是由原子力显微镜和表面力仪器实验所示，是形成的层状结构的所有离子液体在平面电极的表面。这种组织不能发生在纳米多孔电极内部，这导致后者在超级电容器中的性能更好。模拟和电化学实验之间的协议仍然是定性的，虽然，我们概述了未来的发展方向，应该提高计算机模拟的预测能力。从长远来看，原子模拟也将被应用到电子转移反应的情况下，在界面上，使应用到更广泛的领域的电化学问题，并在这一领域的一些最近的工作也进行了评论。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Inhomogeneous Relaxation Dynamics and Phase Behaviour of a Liquid Crystal Confined in a Nanoporous Solid
我们报告的填充分数依赖的介电谱测量的松弛动力学的棒状crossogen 7 CB凝聚在13 nm的二氧化硅纳米通道。在薄膜凝聚态，介电谱主要是缓慢的界面弛豫，而从毛细凝聚态到完全填充，通道中心有一个额外的快速弛豫。静态电容的温度依赖性表明了平均的集体分子取向有序性，表明了一个连续的平行线到平行线（P-N）的转变。与不连续的本体行为相反。用Landau-de-Gennes自由能模型描述了圆柱约束下的相变。在毛细管-凝聚态中的10 MPa的大拉伸压力，由在高度弯曲的液体毛细管处的杨-拉普拉斯压力产生，定量地解释了与完全填充的未拉伸的液体状态相比，P-N转变的下移和增加的分子流动性。的缓慢和快速弛豫的强度提供了本地信息的取向顺序：在核心区域的热致行为是批量样的，即它的特点是突然开始的P-N过渡的顺序。相反，界面有序在P-N转变处呈现连续演化。因此，完全填充的液晶-二氧化硅纳米复合材料的相行为可以通过这些不同的双阶贡献的线性叠加来定量描述。
2015-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Assessing carbon-based anodes for lithium-ion batteries: A universal description of charge-transfer binding
碳基锂离子电池阳极的许多关键性能特征在很大程度上取决于锂（Li）和sp2碳（C）之间的结合强度，其可以随着基底结构、化学和形态的细微变化而显著变化。在这里，我们使用密度泛函理论计算，调查各种sp2 C基板，包括原始的，有缺陷的，应变石墨烯，平面C簇，纳米管，C边缘和多层堆叠的Li的相互作用。在几乎所有的情况下，我们发现一个普遍的线性关系之间的Li-C结合能和所需的工作，以填补以前未占用的电子状态在基板。这表明Li容量主要由两个关键因素决定-即固有量子电容限制和费米能级的绝对位置。这个简单的描述符允许直接预测的Li-C结合能和相关的电池特性的候选C材料的基础上，仅基板的电子结构。它进一步提出了设计更有效的C基阳极的具体指导方针。该方法应广泛适用于平面基板上的电荷转移吸附，并提供了一个现象学的超级电容器和催化剂设计中建立的原则连接。
2014-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
