随着大规模储能系统和电力设备的应用，电池和超级电容器的储能能力面临着越来越大的需求和挑战。随着纳米材料的引入，这些器件的电极发生了根本性的变化。作为新一代材料，异质结构材料因其独特的界面、坚固的结构、协同效应以及提高能量/功率输出和电池寿命的能力而受到越来越多的关注。

有鉴于此，哈尔滨理工大学陈明华教授等人，综述了储能领域异质结构研究的最新进展。具体地，对异质结构的基本性质，包括电荷再分布、内建电场和相关的储能机制进行了详细的总结和讨论。对储能领域中异质结构的各种合成路线进行了全面综述，并分析了它们的优缺点。讨论了异质结构材料在锂离子电池(LIBs)、钠离子电池(SIBs)、锂硫电池(Li-S电池)、超级电容器和其他储能器件中的优势和目前的研究进展。最后，总结了异质结构材料在储能领域面临的挑战和发展前景。

本文要点

1）近年来，异质结构材料以其优异的电子输运性质、丰富的活性位点、良好的催化活性等，在电化学储能领域引起了广泛关注。其优异的性质来源于优势互补的协同效应及异质界面处的电子重构现象等。当两相材料接触时，由于费米能级、主要载流子类型和浓度的差异，异质界面附近的载流子将自发地跨界面转移，调整界面附近材料的电子/离子状态，进而影响电极材料的储能性能。

2）重点讨论了异质界面电子结构、内建电场、氧化还原反应可逆能力对异质结构材料储能行为和性能的影响。界面处自发的电子转移可影响两相材料的化学吸附能力和电化学反应活性，协同增强电极材料的储能容量。同时，由电子转移产生的电势差可在界面处建立内电场，促进载流子在界面处转移，提高电极材料的功率特性。

3）尽管异质结构材料已在碱金属离子电池、超级电容器等领域得到广泛研究，但现有工作往往仅基于异质结的基本特性对异质结构材料的储能机理和优化机制进行定性分析。然而，异质界面的纳米结构和电子结构与电子自发转移能力、调控范围和输运特性紧密相连，而至今尚没有定量分析和设计异质结构材料的研究工作，且缺少能准确描述异质结构材料储能过程的理论模型。深入理解异质结构材料的储能机制、合理选材和设计实现协同作用的最大化，有望突破目前高性能电极材料研发的技术瓶颈，推动储能技术的快速发展。

参考文献：

Yu Li et al. Emerging of Heterostructure Materials in Energy Storage: A Review. Advanced Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adma.202100855

https://doi.org/10.1002/adma.202100855