混合电容器正在兴起，因为它们能够存储大量能量，快速地通过电荷循环，即使在恶劣环境或极端温度下也能保持稳定。具有Li+， Na+和K+等一价阳离子的混合电容器已被广泛研究。然而，有机电解质和活性碱金属电极的可燃性引起了安全问题。这促使了新型水多价阳离子存储系统的发展，该系统具有高容量和能量密度、快速电荷转移和低成本等优点。利用这些优点和储能特性，多价阳离子如Zn2+， Mg2+， Ca2+和Al3+已被应用于多价离子混合电容器(mihc)，并对其最新发展和设计思想进行了综述。然而，从具有独特优势的材料和实验设计的角度进行概述仍然有限。碳基纳米材料因其在MIHCs中的优异性能而成为下一代储能器件的主要候选材料。碳基纳米材料的使用很有吸引力，因为这些材料价格低廉，可扩展，安全，无毒。它们在阳极界面上也具有生物活性，允许它们促进与氧化还原物种的电化学反应，否则不会发生。本文综述了近年来MIHCs及相关碳基材料的研究进展，讨论了碳基材料在MIHCs中的应用，以及材料设计、电化学行为、储能机制、电极设计等方面的思路，并展望了未来的研究前景。在整合相关挑战与发展的基础上，我们的目标是为实验室研究提供见解和商业化参考。本文首次结合全球知识产权分析，总结了目前各类混合电容器的主要研究机构和企业，为储能领域的研究人员和从业者提供了重要的技术竞争信息和发展趋势。同时，我们为MIHCs的发展提供了一个视角，对现有研究进行了描述，并为独特的高性能电化学储能设备的设计、生产、商业化和进步提供了指导方针。

　　本文综述了MIHCs及相关碳基材料的最新进展。首先介绍了与MIHCs结构和机理相关的混合电容器的综合特性。然后介绍了碳材料在MIHCs中的应用，包括碳材料的类型、材料设计概念、电化学行为、储能机理、电极设计以及未来的研究方向。在总结现有研究成果的基础上，展望了MIHCs的发展前景，并为高性能电化学储能器件的设计、制造和发展指明了方向。

　　(a)标准电势(相对于标准氢电极)，(b)重量容量，(c)体积容量，(d)离子半径，(e)在地壳中的丰度，(f)多价金属元素锌、镁、钙、铝和单价金属元素锂、钠和钾的原材料成本。

　　如图3a所示，与锂基阳极相比，多价金属的氧化还原电位普遍较低，这也是目前研究人员面临的问题，他们正在努力克服这一问题。然而，多价阳离子电池比单价阳离子电池具有更高的体积能量密度，这是下一代储能技术的优势。除了与成熟的锂离子电池竞争之外，各种多价阳离子电池也成为内部的技术竞争。

　　与传统的金属离子电池和超级电容器相比，mihc具有高能量密度和高功率密度、超长循环寿命、安全性以及更多可用的多价金属资源，使其在储能行业的应用具有很强的竞争力。为满足高性能储能和能量转换的迫切需求，开发新型MIHCs电极材料是迫切需要的。特别是阴极的发展仍然是一个主要的普遍挑战。目前关注的多价金属阳离子储能技术已涵盖锌、镁、钙、铝等，新成员将借鉴成熟储能技术的试验程序，如单价离子超级电容器等。值得注意的是，各研究小组通过不同尺寸(0、1、2、3)的碳纳米材料和非对称设计的伪电容材料，致力于提高MIHCs器件的整体性能，从而提高了MIHCs器件的比电容。在这篇综述中，我们全面总结了近年来多价阳离子混合型电容器和碳基电极的研究进展，并从已有的代表性结果和比较中，得出了仍需解决的挑战和未来工作的范围。

　　(1)应开发更多的电池型电极活性材料，特别是“超金属”型电极，并对其反应机理进行更详细的研究。由于电极材料的限制，大多数研究集中在ZHCs上，而MHCs、CHCs和AHCs相对较少受到关注。“超金属”材料对于这三种混合电容器的阳极开发至关重要，可以实现更稳定的循环和更高的效率。未来MIHCs阳极的发展将集中在使其轻量化、高稳定性和低成本。此外，多价阳离子在MIHCs电极中的电化学反应机理尚不清楚。与单价阳离子相比，多价阳离子的离子直径、电荷数、反应性、离子扩散系数以及离子与活性物质之间的结合能使电池型电极具有明显的插入-提取动能存储机制。储能研究的复杂性不断增加。除离子吸附/解吸外，MIHCs电池型电极中还应存在其他储能过程，因此需要采用更有效和改进的材料表征方法和电化学测试。随着技术的发展，原位红外光谱法、原位x射线衍射法和x射线光电子能谱法可以监测电极在不同充放电状态下的表面基团、相和化学状态。

　　(2)碳基电极材料的结构优化是需要进一步关注的领域。所有赝电容储能技术的电极的循环行为和功率密度都必须提高，因为它们的性能受到与固有离子/电子传输相关的缓慢氧化还原动力学的限制。为了提高碳基电极材料的工作电位和能量密度，有必要扩大碳基电极材料的电位窗口。控制碳基材料的孔隙率是另一个重要的研究领域。为了发现碳基材料在MIHCs循环行为中的最佳动力学，应研究最佳孔隙形状和尺寸，以及碳化前驱体和碳化过程之间的关系。三维碳化合物在结构上更适合用作电极。考虑到目前的研究进展和碳材料的性质，三维结构比0-D、1-D和2-D结构更适合于MIHC储能。

　　(3)发展对生态负责、低成本和节能的碳纳米材料工业制造技术。碳化活化过程的高成本和高能耗是碳基材料产业化的障碍之一。因此，建立更加精简的新制造方法至关重要。值得注意的是，尽管精细的碳材料结构已经在实验室中得到验证，并表现出出色的电化学性能，但在工业规模上合成碳纳米材料仍然存在障碍。由于工业测试标准与实验室测试标准不匹配，科学研究与实际应用之间产生了差距，只有采用统一的测试标准才能弥合这一差距。了解碳材料与电极涂层工艺的兼容性是必要的，可以实现MIHCs的特殊配置

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