Актуальные тенденции в исследованиях суперконденсаторов: устойчивость в энергетике и материалах

Суперконденсаторы (SC) стали ключевыми компонентами в приложениях от транспорта до носимой электроники благодаря быстрым циклам заряд‑разряд, высокой плотности мощности и надежности. В этом обзоре анализируются недавние достижения в исследованиях суперконденсаторов с акцентом на важнейшие направления: устойчивость, материалы электродов, электролиты и «умные» SC, адаптированные для современной микроэлектроники и обладающие такими свойствами, как гибкость, растяжимость и биосовместимость. В центре внимания находятся две доминирующие группы материалов для электродов: углеродные материалы (CM), преимущественно в электрических двойных слоях (EDLC), и псевдоконденсаторные материалы, включающие оксиды/гидроксиды, халькогениды, металл‑органические каркасы, проводящие полимеры и нитриды металлов, такие как MXene. Несмотря на историческое применение EDLC, сохраняются проблемы, например низкая плотность энергии, и введение гетероатомов в углеродную решетку рассматривается как перспективное решение. Псевдоконденсаторные материалы доминируют в последних исследованиях; исследуются стратегии повышения эффективности, такие как создание гибридов на основе разных типов материалов, структурная и поверхностная инженерия и легирование. Особое внимание уделяется инновациям в области электролитов, особенно переходу к гелевым полимерным электролитам для гибких SC, а также согласованию материалов электродов с конструкцией устройств. Подчеркивается важность «умных» SC с такими функциями, как самозарядка, самозаживление, биосовместимость и экологически ориентированные дизайн‑решения. Вкратце, обзор подчеркивает стремление в устойчивых исследованиях суперконденсаторов к достижению высокой плотности энергии и мощности, продвижению эффективных и универсальных устройств и изучению биопроисхождений/биосовместимых материалов для SC. Этот краткий обзор основан на отобранных недавних источниках и сочетает глубину с доступным обзором ландшафта исследований SC.