背景介绍

为了应对日益严峻的能源短缺和环境污染问题，开发高比能量、高比功率、长循环寿命并且清洁环保的多功能储能系统已成为当前重要的研究方向之一。与电池和传统电容器相比，超级电容器具有更高的比功率和较长的循环寿命。然而，普通的超级电容器只能实现储能而不能收集能量，与电池相比，能量密度仍然不是很高。因此多功能混合超级电容器得到了广泛的研究。

图文简介

本文综述了各种多效应混合型超级电容器及其工作机理的研究进展，并讨论了它们的优缺点。混合超级电容器在本文分为三种类型，包括非对称超级电容器、电池/超级电容器混合电池和自充电超级电容器。前两种是两种机理的结合，同时利用静电吸附和法拉第氧化还原反应，同时获得高比能和比功率。非对称超级电容器主要包含两个不同的电极(电池型电极和超级电容器型电极)。电池/超级电容器混合电池将超级电容器与锂离子电池、锂硫电池、金属电池、铅酸电池等各种可充电电池以串联或者并联的方式组合在一起。通过混合，器件的整体性能可以有明显的改善。另外在我们的环境和人体中有许多种清洁和可再生能源如太阳能、机械能、水电、风能、热能。然而，由于太阳能、水电、机械能、风能和热能等能源易波动，如何收集和利用低效能源是一个需要系统研究的重要问题。自充电超级电容器可以随时收集各种清洁能源并同时储存起来。超级电容器作为一种将低功率能量转化为高功率释放的理想器件，已广泛应用于电动汽车等领域。然而，大多数超级电容器需要外部电源充电。因此开发自充电超级电容器不仅解决了能源问题，而且解决了超级电容器在小型便携式或可穿戴设备上的应用局限性，具有很大的应用发展潜力。

总结与展望

本文以碳材料超级电容器为对象，介绍了碳材料超级电容器在混合器件中的研究进展，并讨论了它们的工作机理、优缺点。混合超级电容器的应用和需求正在上升，开发具有生物安全性、灵活性、可持续性和可穿戴功能的多功能混合型超级电容器是未来最重要的发展方向之一。在各种便携式或可穿戴设备中，混合型超级电容器在安防系统或应急电源方面具有巨大的应用潜力。对于各种机器和车辆，混合超级电容器可以用于启动系统，同时收集机械能或热能。对于精密仪器或植入式医疗设备，混合超级电容器可以连接到各种传感器或用作电源。通过优化结构设计、电极和电解液来提高其输出功率和循环寿命，可以使得混合超级电容器在未来储能系统中有着巨大潜力。

原文信息

相关成果以“A survey of hybrid energy devices based on supercapacitors”为题发表在Green Energy & Environment期刊，通讯作者为清华大学刘长洪研究员。

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https://doi.org/10.1016/j.gee.2022.02.002

撰稿：原文作者

编辑：GEE编辑部