综述！“光”充电超级电容器（PRSC）：从材料到器件的最新进展

摘要：太阳能是最有前途的绿色电力来源之一，可解决因过度使用化石燃料而导致温室气体持续排放的问题。可再生能源，特别是太阳能的间歇性问题，可以通过整合高效的储能技术来缓解，以补充非日照时间的需求。超级电容器（SC）具有功率密度高、寿命长等优点，是一种前景广阔的储能设备，

1成果简介

太阳能是最有前途的绿色电力来源之一，可解决因过度使用化石燃料而导致温室气体持续排放的问题。可再生能源，特别是太阳能的间歇性问题，可以通过整合高效的储能技术来缓解，以补充非日照时间的需求。超级电容器（SC）具有功率密度高、寿命长等优点，是一种前景广阔的储能设备，但它依赖于传统的电力充电。

将光活性材料集成到超级电容器中可提供额外的自由度，同时利用太阳能进行充电；这种装置被称为光可充电超级电容器（PRSC）。PRSCs 可在单个器件中实现能量转换和存储。PRSC 可为从智能小型便携设备到航空航天设备等各种应用提供稳定的电力。混合 PRSC 可将双功能电极（即能量转换和存储）与电池型电极和碳材料电极相结合。这些混合 PRSC 因其更高的比电容和能量密度而备受关注。

本综述，印度理工学院Ambesh Dixit等研究人员在《ACS Applied Energy Materials》期刊发表名为“Photorechargeable Supercapacitors (PRSCs): Recent Advances from Materials to Devices”的综述，详细介绍了不同配置的 PRSCs 的最新进展，包括基于能量转换和存储材料特性的四电极、三电极和双电极系统。综述还讨论了不同 PRSCs 同时进行能量转换和存储过程的工作机制，以及评估其性能参数的表征技术。与其他 PRSC 相比，双电极集成 PRSC 更受青睐，本综述对其进行了详细讨论，包括双功能材料和相应的器件参数。本综述强调了这些 PRSC 器件作为储能系统目前存在的局限性，并突出了其未来的发展前景。

图 1.（a）超级电容器的年限发布趋势（关键词：超级电容器）。（b）光充电 SC 路线图，解释了光充电 SC 随时间的发展。（c）光充电超级电容器的年限发布趋势（关键词：光充电超级电容器）。

2.1. 超级电容器和太阳能电池集成的拓扑结构

PRSC 有两种配置：（i）非集成和（ii）集成配置，具体取决于太阳能电池与 SC 的连接方式。在非集成 PRSC 中，太阳能电池系统通过外部电线连接到 SC，而在集成 PRSC 中，太阳能电池与 SC 结合。(15)根据电极的数量，有三种类型的 PRSC 配置：（i）四电极，图 2i，（ii）三电极，图 2ii 和（iii）双电极配置，图 2iii，iv。基于四电极配置的 PRSC 是非集成的，而基于三电极和双电极配置的 PRSC 是集成器件，如图 2 所示。

图 2.太阳能电池和 SC 集成的不同拓扑示意图，具有不同数量的电极：（i）四电极，（ii）三电极，（iii）双电极堆叠 PRSC，和（iv）双电极双功能 PRSC。

将太阳能电池和 SC 集成到单个设备中，提供了一种在智能电子行业中使用可再生能源作为持续电源的方法。它有助于解决太阳能的间歇性使用问题。使用这项技术结合机器学习（ML）和人工智能（AI）来开发创新的、自供电的系统具有巨大的潜力。这些系统可以为下一代物联网（IoT）系统提供动力，并为农业、卫生、商业和环境监测等各个领域带来重大变化，最终实现更加可持续和互联的未来。本文综述了 PRSCs 领域的最新进展。它包括太阳能电池的不同配置和SC集成，以及一系列材料作为电位电极。本文提供了详细的电化学方法来表征 PRSC 以提取不同的器件参数。它还强调了释放 PRSC 潜在用途需要解决的挑战，重点是通过探索新材料、改进制造技术和器件架构、与先进技术的整合以及理论研究和仿真研究来提高 PRSC 的效率和性能优化。因此，本综述提供了 PRSCs 的现状以及评估这些设备以精确量化基本参数的详细指南。

文献：