為了有效儲存可再生能源（風能、水能、太陽能等）產生的電力，在各種儲能裝置中，電池和超級電容器最具代表性。鋰離子電池目前廣泛用于消費類電子產品中，但由于阻抗導致電子損失和緩慢的離子傳輸，在高功率運行時會產生大量熱量和形成鋰枝晶，這可能會導致嚴重的安全問題（如特斯拉電動汽車事故）。另一方面，超級電容器也稱為電化學電容器，可以在某些應用中補充甚至替代電池，因為它們可以安全地提供高功率和快速充電，具有極長的循環壽命（> 100 000次循環）。因此，在快充、良好的循環穩定性和高功率密度等需求方面獲得了極大的關注。

圖1. 超級電容器發展的歷史時間表。

雖然市售的超級電容器可以提供比傳統的固態電解電容器高得多的能量密度（~5Wh/kg），但這仍遠低于電池（高達200Wh/Wh）和燃料電池（高達350Wh/kg）。因此，超級電容器的廣泛使用受到限制，因此還需要進行大量的研究以實現不犧牲其功率密度和循環穩定性前提下，可媲美電池能量存儲能力的超級電容器。

圖2.超級電容器的分類。

超級電容器試圖解決相對低能量密度挑戰的一種方法是開發不對稱超級電容器。在這種情況下，通常超級電容器可分為三種不同類型，包括電雙層電容器（EDLC）、贗電容器和非對稱超級電容器。一般來說，非對稱超級電容器分為兩種類型，即帶有兩個電容電極或混合電容器的系統。混合電容器已被確定為一個電極存儲電荷的裝置電池型法拉第過程，而另一個電極基于電容機制存儲電荷。在充電和放電過程中，非對稱超級電容器可以充分利用兩個電極的不同電位窗口，以最大化整個器件的工作電壓。能量密度是用于評估超級電容器的電化學性能的關鍵參數之一，對于相同的電容值，電壓增加2倍可導致能量密度增加4倍。因此，適當設計的不對稱超級電容器展現了增加能量密度的前景，可以用于需要以高功率存儲和輸送能量的應用。

圖3.超級電容器的能量方程，其中C是器件的電容，V是電池的工作電壓窗口。

作者認為超級電容器是能量存儲系統中的關鍵元件之一，具有在各種應用中補充或甚至替換電池的潛力。而非對稱超級電容器有望在能量存儲行業中發揮關鍵作用，其目標是在不損害超級電容器的高功率密度的情況下提高能量密度，而要想達到這一目標我們還需要做到：

·         需要進一步理解電荷存儲機制；

·         尋找新材料；

·         優化電解質；

·         除了Li和Na之外，還應大力研究可持續的金屬離子電容器；

·         先進技術和原位實驗對復雜界面過程研究至關重要；

·         理論建模和計算模擬可以提高研究效率；

·         應關注于設備創新和多功能集成；

·         還應注意到超級電容器的自放電；

雖然在過去幾年中電化學儲能材料的獲得了很大進步，但材料和系統的多樣性也強調了不對稱超級電容器的發展仍處于起步階段。