大連化物所石墨烯基超級電容器研究取得新進展

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F隊和中國科學院院士包信和團隊在柔性化、平面化、集成化的全石墨烯基超級電容器研究方面取得新進展，實現(xiàn)了在一個基底上制造具有任意形狀的超級電容器及其模塊化集成，相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上（DOI: 10.1021/acsnano.6b08435）。

　　超薄、超輕、柔性化、非常規(guī)形狀微納電子器件的快速發(fā)展，對與之配套的微納能源系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)儲能器件，如鋰離子電池、超級電容器，形狀單一，尺寸、體積及質(zhì)量較大；還存在電解液泄露、導電添加劑和粘結(jié)劑使用、隔膜較厚等問題。同時，兩個基底的使用不利于器件機械柔性改善，不能滿足多樣性、柔性化、多功能化集成電路的要求。因此，需要開發(fā)新型儲能器件。

　　該研究團隊提出在一個基底上構(gòu)筑任意形狀、三明治結(jié)構(gòu)平面超級電容器的概念。以電化學剝離石墨烯為電極材料，納米氧化石墨烯為隔膜，在形狀可調(diào)控的掩模版協(xié)助下，通過逐層噴涂的方式在一個柔性基底上成功地制造出具有任意形狀、全石墨烯基三明治結(jié)構(gòu)的平面超級電容器。與傳統(tǒng)柔性器件相比，該電容器不僅具有形狀多樣性，如長方形、圓形、中空方形、數(shù)字、字母和更復雜的交叉線性等，還具有較高的體積比容量（280F/cm3）、較高的能量密度（2.9mWh/cm3）和優(yōu)異的機械柔韌性。在不同的彎曲狀態(tài)下測試，比容量基本沒有損失。通過凝膠電解液覆蓋有效電極面積，可實現(xiàn)對單個器件比容量的有效調(diào)控。同時，該制造方法可適于規(guī)模化生產(chǎn)和自集成化，在不使用傳統(tǒng)金屬導線和接觸體的情況下，實現(xiàn)多個器件串、并聯(lián)集成，有效調(diào)控了模塊化電源的輸出電壓和容量。該工作從材料選取、電極制備、電解液和隔膜選擇、器件組裝與模塊化集成等方面進行了創(chuàng)新，也為任意形狀儲能器件的有效構(gòu)筑、生產(chǎn)與集成提供了科學依據(jù)。

　　上述工作得到國家青年千人計劃、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、遼寧省自然科學基金等項目的資助。

大連化物所石墨烯基超級電容器研究取得新進展