由于可再生能源产量的稳步增加以及便携式电子产品的不断生产,对电化学储能装置的需求正在上升[1]、[2]、[3]。在电化学储能装置中,超级电容器适用于需要快速释放能量的应用,例如加速、爬坡和紧急窗户的开启等[4]、[5]。此外,超级电容器还用于电力管理、汽车中的再生制动、降低商业环境中的峰值功耗以及缓解可再生能源发电的波动[6]。由于其轻便和柔性的特点,它们也被用于可穿戴电子设备、传感器和医疗设备中。
根据充电存储机制,超级电容器被分为双电层电容器(EDLCs)、赝电容器和混合电容器[7]。在EDLCs中,电极-电解质界面的离子吸附/脱附有助于充电存储,而在赝电容器中,快速的法拉第反应主导了充电存储,双电层形成的贡献较小[8]、[9]。由于界面处离子吸附/脱附的优异可逆性和快速动力学,EDLCs表现出高功率和长循环寿命[10]、[11]。然而,它们的能量有限。另一方面,赝电容器由于快速的法拉第反应而提供高能量,但功率和循环寿命有限[12]、[13]。混合电容器是通过结合可极化电极(碳基)和非极化电极(金属基或导电聚合物)制成的[7]。换句话说,混合电容器是使用电容材料和类似电池的材料组装而成的[14]。混合电容器的优点包括扩展了工作电压窗口,比EDLCs和赝电容器具有更高的能量和功率[15]。
电极材料的选择至关重要,因为它决定了超级电容器的性能[8]。通常,具有大表面面积、高孔隙率、良好的氧化还原活性、优异的可逆性和良好电导率的材料更受青睐。用于超级电容器的材料可以分为碳基材料[16]、金属氧化物[17]、金属氢氧化物[18]、金属碳酸盐[19]、金属硒化物[20]、MXenes[22]、金属有机框架[23]、导电聚合物[24]等。其中,高表面面积的未功能化碳表现出EDLC行为,而功能化碳、过渡金属基材料和导电聚合物则表现出赝电容特性。
超级电容器领域的主要研究主要集中在提高现有材料的性能以及发现新的、既经济又环保的材料,同时提供高能量和功率密度[25]。在这方面,电沉积锰苹果酸作为一种有前景的电极材料出现,其在1 A g−1−1