國際競爭激烈的功率補充應用如負載跟蹤、系統頻率調制、無功支持、機械能量回收和新能源發電高效利用等急需分鐘級功率補充電源。電化學超級電容器具有10 kW/kg以上的極高功率密度和超過1萬次的循環壽命，遠優于鋰離子電池（<1 kW/kg，<2000次循環壽命），因此超級電容器天然適配于功率補充應用。然而，傳統超級電容器能量密度僅為鋰離子電池的1/10，影響其實際應用。因此，在保持高功率密度優勢的同時發展兼具高比能的超級電容器，是超級電容器領域極具挑戰性的難題和制約其廣泛應用的最關鍵問題。
近期，中國科學院上海硅酸鹽研究所先進材料與新能源應用研究團隊基于超級電容器的能量密度E與比電容C和工作電壓V（E=1/2CV2）的關系，從提升電極材料比電容和工作電壓兩個方面出發，梳理、歸納并總結了相關研究進展。在材料類國際學術期刊Materials Science and Engineering R（IF = 33.67）上發表了題為“Materials Design and Preparation for High Energy Density and High Power Density Electrochemical Supercapacitor”的綜述性論文。該綜述包涵6個章節、63幅大圖、7個匯總表格、近1000篇參考文獻、9萬余字，從超級電容器的歷史、分類、基本原理和器件結構，以及高比能高功率超級電容器的關鍵問題與設計策略等多維度系統性闡述了該領域的最新研究進展，并提出了這一領域仍面臨的主要挑戰和未來可能的解決方案。
針對功率補充應用迫切需求的高比能高功率超級電容器，該團隊從2010年開始布局高比能高功率超級電容器研究方向，在高比電容少層介孔碳電極材料的設計與宏量制備方法、贗電容式極速儲放能金屬氧化物缺陷態調控、寬電壓水系高比能超級電容器的器件構筑等方面取得系列進展，發表Science、Nat. Commun.、Adv. Mater. 等材料與器件相關學術論文100余篇，獲授權專利30余項，承擔“十三五”超級電容器重點研發計劃項目并順利結題，相關研究成果獲2019年上海市自然科學一等獎，為推動超級電容器的推廣應用起到了重要作用。
該綜述性論文第一作者為上海硅酸鹽所董武杰博士，通訊作者為黃富強研究員。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和上海市自然科學基金的支持。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.mser.2022.100713
超級電容器與其他儲能器件的能量-功率密度對比
超級電容器發展歷程與原理簡介
不同類型超級電容器優缺點比較
高比能超級電容器關鍵因素與改性策略
