碳基超級電容器因具有優良的快速充放電能力和超長的循環穩定性能一直是超級電容器的一大類別，商業化超級電容器也開始逐步進入電子設備市場。隨著當代電子設備對超長續航能力的需求日漸增強，超級電容器的能量密度需得到大幅度提升。對于廉價、環保的水系碳基（即以碳材料為電極材料，離子鹽水溶液電解質）超級電容器而言，提升電極的比電容和延展電位窗口是提高其能量密度的兩個有效途徑。構筑具有微孔、介孔、大孔的多級孔結構碳材料可提升碳基電極的比電容。這是因為微孔結構可以為離子吸附提供豐富的吸附活性位點，同時介孔與大孔則可作為離子擴散至微孔表面的快速傳輸通道。此外，相比于酸性和堿性水系電解液，中性水系電解液因具有較低的氫離子和氫氧根離子濃度，電極表面析氫和析氧超電勢較高，可使碳基超級電容器的工作電壓擴展至1.6 V，從而獲得較高的能量密度。
然而對于水系超級電容器，整體的工作電壓窗口仍會受限于水分解反應（正極：析氧反應；負極：析氫反應）。若任一電極的電勢先于另一個電極達到水分解電勢，還未開始發生水分解反應的電極的部分電位區間則無法加以利用。有效開發利用這段電位區間將有希望極大地提升超級電容器的能量密度。然而，現階段仍缺乏對調節水系超級電容器工作電壓的指導理論，而且人們對超級電容器中各個電極的電位仍缺乏認識。如何清楚地探明水系超級電容器中電極電位的變化規律，并發展一種可調控電極電位的方法具有重要的意義。
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