為了有效儲存可再生能源（風(fēng)能、水能、太陽能等）產(chǎn)生的電力，在各種儲能裝置中，電池和超級電容器最具代表性。鋰離子電池目前廣泛用于消費類電子產(chǎn)品中，但由于阻抗導(dǎo)致電子損失和緩慢的離子傳輸，在高功率運行時會產(chǎn)生大量熱量和形成鋰枝晶，這可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題（如特斯拉電動汽車事故）。另一方面，超級電容器也稱為電化學(xué)電容器，可以在某些應(yīng)用中補充甚至替代電池，因為它們可以安全地提供高功率和快速充電，具有極長的循環(huán)壽命（> 100 000次循環(huán)）。因此，在快充、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高功率密度等需求方面獲得了極大的關(guān)注。

圖1. 超級電容器發(fā)展的歷史時間表。

雖然市售的超級電容器可以提供比傳統(tǒng)的固態(tài)電解電容器高得多的能量密度（~5Wh/kg），但這仍遠(yuǎn)低于電池（高達(dá)200Wh/Wh）和燃料電池（高達(dá)350Wh/kg）。因此，超級電容器的廣泛使用受到限制，因此還需要進(jìn)行大量的研究以實現(xiàn)不犧牲其功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性前提下，可媲美電池能量存儲能力的超級電容器。

圖2.超級電容器的分類。

超級電容器試圖解決相對低能量密度挑戰(zhàn)的一種方法是開發(fā)不對稱超級電容器。在這種情況下，通常超級電容器可分為三種不同類型，包括電雙層電容器（EDLC）、贗電容器和非對稱超級電容器。一般來說，非對稱超級電容器分為兩種類型，即帶有兩個電容電極或混合電容器的系統(tǒng)。混合電容器已被確定為一個電極存儲電荷的裝置電池型法拉第過程，而另一個電極基于電容機(jī)制存儲電荷。在充電和放電過程中，非對稱超級電容器可以充分利用兩個電極的不同電位窗口，以最大化整個器件的工作電壓。能量密度是用于評估超級電容器的電化學(xué)性能的關(guān)鍵參數(shù)之一，對于相同的電容值，電壓增加2倍可導(dǎo)致能量密度增加4倍。因此，適當(dāng)設(shè)計的不對稱超級電容器展現(xiàn)了增加能量密度的前景，可以用于需要以高功率存儲和輸送能量的應(yīng)用。

圖3.超級電容器的能量方程，其中C是器件的電容，V是電池的工作電壓窗口。

作者認(rèn)為超級電容器是能量存儲系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件之一，具有在各種應(yīng)用中補充或甚至替換電池的潛力。而非對稱超級電容器有望在能量存儲行業(yè)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其目標(biāo)是在不損害超級電容器的高功率密度的情況下提高能量密度，而要想達(dá)到這一目標(biāo)我們還需要做到：

·         需要進(jìn)一步理解電荷存儲機(jī)制；

·         尋找新材料；

·         優(yōu)化電解質(zhì)；

·         除了Li和Na之外，還應(yīng)大力研究可持續(xù)的金屬離子電容器；

·         先進(jìn)技術(shù)和原位實驗對復(fù)雜界面過程研究至關(guān)重要；

·         理論建模和計算模擬可以提高研究效率；

·         應(yīng)關(guān)注于設(shè)備創(chuàng)新和多功能集成；

·         還應(yīng)注意到超級電容器的自放電；

雖然在過去幾年中電化學(xué)儲能材料的獲得了很大進(jìn)步，但材料和系統(tǒng)的多樣性也強調(diào)了不對稱超級電容器的發(fā)展仍處于起步階段。