基于双碳的可充电电池和超级电容器因其良好的安全性，低成本和环境友好的特性而成为有前途的电化学储能设备。近日，中国科学院兰州化学物理研究所，国科大，中国科学院大连清洁能源国家重点实验室阎兴斌课题组将双碳器件的概念扩展到在负极和正极中都使用碳材料作为活性材料的储能器件，并对涉及此类双碳器件的代表性研究进展进行了实时和全面的回顾。在这篇综述中，作者首先介绍了不同离子在不同碳质电极上的电荷存储机理。然后，基于“吸附-吸附”，“吸附-嵌入”四种电荷存储机理的双碳器件的研究进展和存在的问题，系统地讨论了“嵌入-吸附”和“嵌入-嵌入”。最后，作者提出了双碳装置未来研究方向和挑战，并提出了一些新的见解。

文章要点：

1）作者总结了碳质电极的离子存储机理包括：（1）离子吸附机理（针对开放的碳材料，离子主要通过静电吸附存储在其大表面（AC的孔表面）上。当将导电电极浸入离子导电电解质溶液中并施加电压时，离子将吸附在电极-电解质界面处，自发形成双电层（EDL））；（2）离子嵌入机制（其他类型的碳材料，它们没有大的表面积，这极大地限制了离子吸附在其表面上的储存能力。所有这些碳材料均具有不同水平的分层结构，以容纳用于能量存储在电极块中的离子。主要包括：碱金属阳离子嵌入机理，有机阳离子存储机理，多价阳离子存储机制，阴离子插层机理）。

简而言之，多样化的碳材料和丰富的客体离子极大地丰富了碳质电极的插层化学，并为碳基EES装置提供了更多可能性。随着对碳质电极的深入研究，出现了一些新的储能机理，并有望进一步扩大碳材料在储能领域的应用。

2）作者总结了四种双碳电化学储能装置包括：（1）基于“吸附-吸附”机理的双碳装置（具有巨大的商业潜力，但其低能量密度是阻碍其实际应用的最大障碍）；（2）基于“吸附-嵌入”机制的双碳装置（负极和正极都由碳材料组成的MIHC是典型的双碳EES装置。在充电过程中，阴离子吸附在活性炭正极上，金属阳离子嵌入石墨负极中，放电过程相反）；（3）基于“插层-插层”机制的双碳装置（对于典型的双碳DIB，在充电过程中，阳离子嵌入石墨负极中，而阴离子嵌入石墨正极中。在放电时，嵌入的阳离子和阴离子扩散回到电解质中。因此，这种双碳DIB可以归类为“插层-插层” EES器件）；（4）基于“插层吸附”机制的双碳装置（其阴离子在充电过程中被嵌入正极，而阳离子则被吸附在负极表面上）。

3）迄今为止，尽管在双碳器件方面已经取得了重大的研究进展，但是仍然需要付出更多的努力来克服挑战并提高器件的市场竞争力。因此，作者总结这些挑战和相应的可能解决方案包括：（1）增加容量和能量密度；（2）提高功率输出；（3）延长CE和循环寿命；（4）优化电极/电解质界面;（5）提高容量性能;（6）引入高浓度电解质;（7）探索“阴离子-阳离子串扰”问题;（8）开发新的双碳装置;（9）使用理论计算。

简而言之，具有优异电荷存储性能和环境/成本优势的通用双碳EES器件是未来理想的绿色高效能源存储系统。作者希望综述能为从事相关研究的研究人员提供一些启发性和建设性的意见，并吸引更多的研究人员同时关注该领域。

Ruilin Hou,et al, Recent advances in dual-carbon based electrochemical energy storage devices, Nano Energy, 2020

DOI：10.1016/j.nanoen.2020.104728.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520302858