二维材料基超级电容器的容量与倍率性能提升策略

摘要

二维材料凭借其独特的层状结构、高比表面积、高理论容量和优异的柔韧性，成为构建高能量密度和高功率密度超级电容器电极的理想选择。然而，层间强范德华力导致的片层堆叠严重阻碍了离子传输，限制了其实际容量和倍率性能的发挥。因此，合理的材料设计和精细的电极结构调控对于突破超级电容器性能瓶颈至关重要。在这篇综述中，首先探讨了提升二维材料电化学性能的策略，重点阐述如何通过结构设计优化电极的面容量和体积容量。值得注意的是，提高超级电容器能量密度通常需要增加活性物质负载量，这不可避免地导致电极内部离子传输路径延长并复杂化，从而降低倍率性能。针对这一问题，我们回顾了传统的高负载电极离子传输通道构建方法，例如模板法、外场诱导组装和3D打印技术。然而，这些方法通常制备的孔道尺度在微米或亚微米级别，难以同时满足高倍率性能和高体积容量的要求。为同时实现高面容量、高体积容量和高倍率性能，本综述重点总结了近年来在构建纳米级孔道结构方面的创新方法，包括毛细管力致密化、层间嵌入、表面刻蚀和量子点策略等。这些方法致力于构建三维互联、高效的离子传输网络，从而推动高能量密度、高功率密度和小型化超级电容器技术的快速发展。

关键词

超级电容器 / 二维材料 / 结构设计 / 面容量 / 体积容量 / 倍率性能