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超級(jí)電容器，又叫電化學(xué)電容器、黃金電容、法拉電容，；包括雙電層電容器(和贗電容器,通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)電容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。

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正因?yàn)槌?jí)電容器具有快速充放電、長(zhǎng)循環(huán)壽命和高安全性等優(yōu)點(diǎn)，它已成為能源儲(chǔ)存體系的研究重點(diǎn)，但一直難以突破其較低能量密度的瓶頸。氮摻雜能夠?qū)μ疾牧系膶?dǎo)電性、孔結(jié)構(gòu)和電化學(xué)活性位點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而氮摻雜碳材料被認(rèn)為是很有前景的超級(jí)電容器電極材料。尤其是近兩年來(lái),富氮多孔碳材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，在保證大功率的前提下獲得可媲美電池級(jí)別的高比能量。

麥克儀器公司用戶南京理工大學(xué)楊梅博士與南開大學(xué)周震教授合作對(duì)富氮多孔碳材料在超級(jí)電容器中應(yīng)用的儲(chǔ)能機(jī)理、研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向等方面進(jìn)行了闡述和總結(jié)。首先對(duì)碳材料中幾種主要氮摻雜類型的結(jié)構(gòu)特征和電子特性進(jìn)行了分析，闡述了氮摻雜含量與導(dǎo)電性和孔結(jié)構(gòu)之間的相互制約影響，并對(duì)其在不同電解液中的電化學(xué)行為進(jìn)行了簡(jiǎn)單評(píng)述。同時(shí)，總結(jié)了富氮多孔碳材料對(duì)超級(jí)電容器比能量提升的促進(jìn)作用，列舉了其在水系非對(duì)稱、新型對(duì)稱到新興非水混合體系中應(yīng)用的相應(yīng)突破性成果。最后對(duì)目前所存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，并對(duì)未來(lái)的研究方向提出了見解，對(duì)富氮多孔碳材料在超級(jí)電容器中的實(shí)際應(yīng)用提供了指導(dǎo)。

該綜述發(fā)表于Advanced Science 2017, DOI: 10.1002/advs.201600408。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和江蘇省自然科學(xué)基金等資助。

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