二元过渡金属氧化物作为先进储能材料
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由于人们对便携式能源设备的兴趣日益浓厚,储能变得比以往任何时候都更加重要。二元过渡金属氧化物 (BTMO) 因其出色的结构稳定性、改进的电子电导率和更大的可逆容量而作为潜在的新型储能材料受到了广泛关注。[1] 近年来,人们进行了大量研究来调查和开发柔性储能系统,主要目的是将柔性电子产品应用于柔性显示器、便携式电子产品、电子传感器、电源备份、移动电话、笔记本电脑等设备。现有的可充电储能市场主要由具有高灵活性、高能量密度和高功率密度的电化学储能系统的设计和生产主导。[2] 由于其快速的充放电速率、高功率密度和出色的循环性,超级电容器 (SC) 是各种应用中最有前途且发展最快的存储设备。[3]为了部分替代化石燃料,过去 10 年来,人们付出了巨大努力来利用可再生能源,如热能、太阳能、风能和潮汐能。这些交替可再生能源的广泛使用必须借助强大的储能系统来实现。[4][5][6] 超级电容器因其快速的充电和放电速度、可逆性、安全性、延长的循环寿命、高功率密度和环保性而引起了广泛关注。[7] 超级电容器优于其他储能技术,包括长寿命、快速充电和放电、高功率密度、快速充电存储和高能量密度。这些特性使超级电容器成为燃料电池、传统可充电电池和电容器的补充。[8] 超级电容器类别包括由各种储能技术产生的电双层电容器 (EDLC) 和伪电容器。EDLC 通过电极/电解质界面处的静电吸附/解吸来存储电荷。由于碳纳米管 (CNT)、石墨烯、碳气凝胶和活性炭具有较大的比表面积和优异的导电性,因此经常用于 EDLC。[9]研究人员希望创造具有高功率输出、长寿命和快速充电时间的设备,他们对开发可持续的电化学能量转换和存储解决方案很感兴趣,以满足日常生活中日益增长的电力需求。[10]由于其增强氧化还原化学的能力,BTMO 引起了人们对超级电容器进步的极大兴趣。[3]由于二元金属氧化物具有很高的理论比电容,它们作为超级电容器电极材料受到了广泛关注,例如 ZnFe2O4/rGO 复合材料,[11] NiCo 2 O 4 ,[12] CoV 2 O 6 ,[13] BiVO 4 /PANI 复合材料[14] 和 NiCo 2 S 4 。[15]。与单一过渡金属氧化物相比,BTMO 通常具有更高的比表面积、不同的氧化还原电位和优异的电导率,这些特性有利于实现良好的电化学性能。[16,17,18]。由于其优异的导电性和大的表面积,最近的研究集中在使用二元金属氧化物材料或二元金属氧化物纳米复合材料作为超级电容器应用的电极材料,如图 1 所示。制造二元金属氧化物的方法有很多,包括水热法、溶剂热法、微波辅助法、超声波处理和绿色技术。在这些选项中,大多数用于电容器的 BTMO 或 BTMO 纳米复合材料都是通过化学氧化和热反应过程沉淀制成的。这里我们介绍了用于电化学超级电容器电极的 BTMOs 和 BTMOs 纳米复合材料研究的最新进展。

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