高效稳定的储能技术的发展已成为实现可持续发展的关键因素，这一需求受到日益严重的全球能源危机和环境退化的推动。超级电容器作为一种新兴的储能设备，介于传统电容器和二次电池之间。由于其高功率密度、长循环稳定性、长使用寿命以及快速的充放电能力，它们在电子设备、新能源汽车和智能电网等领域具有广泛应用前景。因此，超级电容器被认为是向低碳能源基础设施转型的关键推动力[1],[2],[3],[4]。然而，它们相对较低的能量密度仍然是限制其广泛应用的主要瓶颈。
同时具备高能量密度和高功率密度的超级电容器的开发依赖于先进电极材料的合理设计与合成。在当前的超级电容器电极材料中，基于碳的材料（如活性炭、碳纳米管和石墨烯）已在电化学双层电容器（EDLCs）中得到广泛应用。然而，这些材料的实际应用受到其较低比电容的限制[5],[6],[7]。虽然过渡金属氧化物和导电聚合物可以通过法拉第电荷存储过程提高能量密度，但它们通常具有较差的导电性和循环稳定性[8]。相比之下，过渡金属氮化物（TMNs）因其良好的导电性、优异的化学稳定性和优良的电容存储特性而成为有前景的下一代电极材料[9],[10],[11]。然而，传统的TMN电极仍受到结构不稳定性和有限电容的制约。反复的充放电操作可能导致体积变化引起的退化，从而影响循环稳定性。例如，VN和CrN薄膜电极在2000次循环后分别仅保留了64%和87%的初始电容[12],[13]，这无法满足长期储能的要求。此外，单组分TMN的面积电容也相对较低。在0.5 M H2SO4溶液中，ZrN在0.05 mA·cm?2电流密度下仅提供1.19 mF·cm?2的电容，而HfN在1 mA·cm?2电流密度下可达到6 mF·cm?2[14],[15]。
为了解决这些问题，研究人员探索了多种策略，包括多孔结构工程（如多孔CrN纳米阵列[16]）、元素掺杂（如V掺杂CrN[17]）和复合结构（如MnO2-TiN纳米管阵列[18]）。然而，这些方法往往伴随着权衡：多孔结构虽然可以增加可访问的表面积，但在循环过程中可能会发生颗粒团聚和结构退化；掺杂可能会引入次级相和散射中心，从而降低导电性；复合系统通常需要复杂的合成工艺，并可能增加界面电阻[17],[19]。因此，迫切需要开发新型的基于TMN的电极材料，以实现高电容、优异的稳定性和可扩展的制备工艺。
高熵材料通过将多种主要元素结合到单相固溶体中而受到越来越多的关注。高配置熵可以稳定简单的晶体结构，而多元素协同作用则提供了丰富的活性位点、可调的电子结构和增强的结构稳定性[20]。将这一概念应用于氮化物，高熵金属氮化物（HEMNs）结合了传统氮化物的金属导电性和化学稳定性，以及由熵驱动的相稳定性和多元素相互作用[21]。这些综合特性有望抑制体积波动，提高循环耐久性，并增强电化学活性[22],[23],[24]。最近的研究展示了HEMNs在电池和其他储能系统中的潜力[25],[26],[27],[28]。然而，关于HEMNs在超级电容器中的应用研究仍然较少。迄今为止，只有少数研究探索了它们的超级电容器应用，其中Jin等人报道的（CrMoNbVZr）N电极是一个代表性例子[29]。然而，这类电极的制备通常需要聚合物粘合剂（如PVDF），这会增加界面电阻并阻碍电荷传输[30],[31]，且基于HEMN的超级电容器的电荷存储动力学/机制尚未得到充分阐明[29],[30],[31]。这些限制突显了开发无粘合剂HEMN电极的必要性，并需要对其在超级电容器中的电化学行为有清晰、基于证据的理解。
在本研究中，我们展示了用于对称超级电容器的（CrMoNbVTi）N高熵氮化物薄膜电极的制备方法。该薄膜通过反应磁控溅射直接沉积在不锈钢基底上，实现了无粘合剂的配置，从而最小化了界面电阻并提高了电荷传输效率。通过用Ti替代Jin等人研究中使用的Zr（[29]），优化了薄膜的组成，利用了TiN相比ZrN更优异的导电性、更强的金属-氮键合以及更好的电化学稳定性（ZrN通常与有限的电容和较差的循环耐久性相关[32],[33],[34],[35]）。作为（CrMoNbVTi）N在对称超级电容器中的首次应用，本研究结合了相表征和电化学分析，阐明了电荷存储动力学，重点关注了快速极化条件下的表面控制电容行为和传输限制。所得到的器件在能量密度、功率密度和循环稳定性方面表现出良好的平衡，推动了基于HEMN的稳健高性能储能系统的发展。
