مروری بر ابرخازن ها: مواد و طراحی

Review of supercapacitors: Materials and devices

چکیده

ابرخازن ها به دلیل داشتن خواص منحصربفردی از جمله توان زیاد، چرخه عمر بالا و طبیعت دوستدار محیط زیستشان مورد توجه قرار گرفته اند. آنها به عنوان پیوندی بین خازن قدیمی (با توان بالا) و سلول سوختی/ باتری (با ذخیره انرژی زیاد) عمل می کنند. از این نظر، تحقیقی بین المللی برای نشان دادن این مسئله و پیشرفت سریع مفاهیم بنیادی و جنبه های عملی ابرخازن ها گزارش شد. در اینجا، شرح مختصری از تکنولوژی ها و اصول عملی مواد مختلف مورد استفاده در طراحی ابرخازن ها ارائه شده است.

تمرکز اصلی روی موادی نظیر نانومواد کربنی، اکسید فلزات، پلیمرهای هادی و نانوکامپوزیت آنها با مواد جدیدی همانند چارچوب های فلزی-آلی، نیترید فلزات، چارچوب های آلی کووالانت، فسفر سیاه و مکسن ها (MXene) بوده است. عملکرد نانوکامپوزیت ها از روی پارامترهایی هم چون انرژی، ظرفیت، توان، عملکرد سیکلی و ظرفیت سرعت آنالیز می شود. برخی از ابرخازن های جدید مانند ابرخازن الکتروکرومیک، دستگاه دوگانه ی ابرخازن-باتری، خازن الکتروشیمیایی، خازن جریان متناوب با قابلیت فیلتر خطی، میکرو ابر خازن، ابرخازن نوری، ابر خازن با قابلیت شارژ حرارتی، ابرخازن با قابلیت خود ترمیم شونده، ابرخازن های حافظه دار و پیزوالکتریک مورد بحث قرار گرفته اند. این مقاله مروری، پیشرفت های به روز در زمینه مواد جدید مورد نیاز برای الکترودهای ابرخازن را پوشش می دهد. هم چنین، ابرخازن های متقارن و غیر متقارن نیز گزارش شده اند.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Supercapacitors have gained a lot of attention due to their unique features like high power, long cycle life and environment-friendly nature. They act as a link for energy-power difference between a traditional capacitor (having high power) and fuel cells/batteries (having high energy storage). In this perspective, a worldwide research has been reported to address this and rapid progress has been achieved in the advancement of fundamental as well as the applied aspects of supercapacitors. Here, a concise description of technologies and working principles of different materials utilized for supercapacitors has been provided.

The main focus has been on materials like carbon-based nanomaterials, metal oxides, conducting polymers and their nanocomposites along with some novel materials like metal-organic frameworks, MXenes, metal nitrides, covalent organic frameworks and black phosphorus. The performance of nanocomposites has been analysed by parameters like energy, capacitance, power, cyclic performance and rate capability. Some of the latest supercapacitors such as electrochromic supercapacitor, battery-supercapacitor hybrid device, electrochemical flow capacitor, alternating current line filtering capacitor, micro-supercapacitor, photo-supercapacitor, thermally chargeable supercapacitor, self-healing supercapacitor, piezoelectric and shape memory supercapacitor have also been discussed. This review covers the up-to-date progress achieved in novel materials for supercapacitor electrodes. The latest fabricated symmetric/asymmetric supercapacitors have also been reported.