CAT蓄电池基用于Layered double hydroxide的复合材料在能量存储应中的研究：对supercapacitors和batteries的见解

层状双金属氢氧化物(LDHs)作为一类类水滑石化合物，因其杰出的特性已成为储能体系（ESSs）——即电池和超级电容器中极具远景的电极资料。这些特性包含可调控的层距离、多种氧化态、易于组成以及法拉第与非法拉第双重电荷存储机制。虽然具有潜力，但LDHs仍面临固有局限性，例如低电导率以及有限的比外表积，这阻碍了它们作为电极的应用。为了应对这些应战，LDH基复合资料的开发已被证明具有变革性意义。经过工程化纳米描摹、优化资料组成、拓展离子传输通道以及增强氧化复原活性，LDH基复合资料明显提高了超级电容器的电化学功能。在电池中，这些复合资料关于按捺枝晶成长、作为阳极资料的前驱体以及构建导电网络至关重要。本总述全面探讨了组成LDH基复合资料的最新进展、其对电化学功能的影响以及亟待解决的应战。同时，它还为规划更高效、更耐用且能够满意日益增长的绿色动力解决方案需求的下一代储能体系供给了未来展望。

导言

化石燃料储量的枯竭以及快速城市化驱动的动力需求增长引发了全球动力危机。这种情况促使研讨人员展开广泛研讨，以探究新型绿色代替动力。但是，有用利用代替动力需要开发稳健的能量存储体系（ESSs），以弥合动力出产与消费之间的距离[1,2]。电极资料对ESSs至关重要，因为它直接影响其电化学功能和电荷存储机制[2]。许多资料已被作为这些器材的潜在电极进行了研讨。其中，经过将LDHs与其他资料结合而构成的层状双氢氧化物（LDH）基复合资料在电化学功能方面表现出明显提高。在超级电容器（SCs）中，这些复合资料增加了比外表积，供给了更高密度的活性位点，并改进了电子导电性。在电池中，它们按捺枝晶成长，作为负极资料的前驱体，并构建导电网络。
电池和SCs已成为各种ESSs中的主要竞争者。两者均包含要害组件，包含正极、负极、集流体、电解质和隔阂。图1(a)显现，电池经过氧化复原反响将贮存的化学能转化为电能并反之亦然[3]。在此过程中，碱金属离子在电极之间穿梭，电解质既作为离子导体又作为电绝缘体。由于可重复运用性和多功能性，可充电碱金属离子型比不可充电电池更受欢迎。图1(b)描绘了SCs的示意图，它由大外表积电极组成，这些电极被电绝缘隔阂分隔开，并浸没在电解质中[4,5]。SCs以能够高倍率释放大量能量而闻名，并具有较长的循环寿数[6]。此外，与传统电容器比较，它们表现出相对较高的能量密度，使其在各种储能应用中具有高度的多功能性[7,8]。依据其储能机制，SCs分为三类：电化学双层电容器（EDLCs）[9]、伪电容器[10]和混合超级电容器[11]。EDLCs涉及离子在电极-电解质界面处的外表吸附，构成电双层[12]。这种机制通常在碳基资猜中观察到，例如活化多孔碳、石墨烯和碳纳米管（CNTs）。在con...
电极资料是决议ESSs电化学功能和电荷存储机制的要害组件[12,14]。纳米结构资料被广泛运用，与块体或微米级颗粒比较，它们供给了更大的外表积和更多的活性位点用于相互作用。在最近的一篇报告中，0-D资料（如GO嵌入的Ni纳米颗粒）被用于ESSs[15]。1-D纳米资料（如纳米线、纳米管、纳米棒和纳米角）具有一个维度处于纳米量级的特征，能够供给高效的离子/电子传输通道，然后增强电化学过程中的扩散动力学。例如，Gan等人[16]报道了作为电池-超级电容器混合器材高倍率电极资料的Ni 12 P 5 纳米线的组成。2-D纳米资料因其层状结构而特别受欢迎，这种结构供给了巨大的活性外表积和结构灵活性。Graphene、LDH MXene和过渡金属二硫化物（TMDs）已被广泛探究用于高功能ESSs。3-D纳米资料由构成块体纳米结构的纳米级尺寸微小构建单元组成。所有这些类别的纳米资料都得到了广泛研讨；例如，Kumar等人[17]证明了从0-D到3-D的各种纳米结构碳基资料与伪电容电极资料结合时对完成高能量密度SCs的影响。在各种2-D资猜中，LDHs因其层状结构而尤为杰出...
LDHs的层状结构具有较大的电化学活性外表积（ECSA），经过安稳内部结构、优化孔隙率以及露出大量活性边际位点，有利于氧化复原反响。在水系电解质中，LDH的电位窗口规模为相关于饱满甘汞电极（SCE）的−0.1至0.8 V，详细取决于金属阳离子的类型和特定组成[23]。LDH资料优异的电化学功能可归因于嵌入层内的镍、钴、铁或锰等金属离子，且其可调控的层距离处于0.3–3.0 nm规模内[24,25]。层距离中的阴离子在促进充放电过程中带电物种的传输方面起着至关重要的作用，使其与惯例离子传输通道比较更具鲁棒性。虽然具有多种优势，但LDHs未能完成其理论比电容。预期功能与实践表现之间的差异源于层的从头堆叠，这减少了露出的ECSA。其他原因还包含低离子电导率、带电物种搬迁受限、缺乏活性官能团以及催化活性受到按捺[21,24]。这些缺点能够经过成分工程和描摹优化策略来解决。成分工程涉及优化金属阳离子份额和存在于层间的阴离子，以及杂原子...
在以往关于LDH基复合资料的总述中，研讨人员已对其组成、表征、功能及多样化应用进行了深入探讨[[29], [30], [31], [32], [33], [34]]。但是，据咱们所知，大多数研讨要么侧重于电池，要么侧重于SCs，且往往将其规模局限于特定的LDH复合资料（如碳基体系）[35,36]。这凸显了从更广泛的视角审视其在EESs中潜力的必要性。本总述旨在填补这一空白，全面剖析适用于SC和电池应用的各种LDH基复合资料。它探讨了多种组成方法和改性策略对资料功能的影响。经过整合大量研讨成果，本文为探究LDH基复合资料在推进储能技术发展方面的潜力供给了宝贵的参阅资源。