大連化物所研發(fā)出無基底無固定形狀平面微型超級(jí)電容器

大連化物所研發(fā)出無基底、無固定形狀平面微型超級(jí)電容器

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)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(tuán)隊(duì)和納米與界面催化研究組研究員傅強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出一種器件組裝新方法，將平面圖案化微電極包裹在化學(xué)交聯(lián)的氧化石墨烯-聚乙烯醇基水凝膠電解質(zhì)中，成功構(gòu)建出一種無基底、無形狀的新概念微型超級(jí)電容器。

微型超級(jí)電容器是一種非常重要的高功率微型儲(chǔ)能器件，但由于基底引入、電極/電解液與基底之間的相容性差、封裝工藝復(fù)雜等多種因素，導(dǎo)致器件形狀固定單一、機(jī)械柔性較差、能量密度低，很難滿足對(duì)空間和柔性要求高的特定微系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景需求。

最近，大連化物所研究人員開發(fā)出一種“微電極集成于凝膠電解質(zhì)內(nèi)部制備一體化薄膜”的器件組裝新方法，將二維材料（如MXene、石墨烯）基平面圖案化微電極包裹在含氧化石墨烯的化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇基水凝膠電解質(zhì)薄膜中，成功構(gòu)建出一種基于“微電極-電解質(zhì)一體化薄膜”新概念的無基底、無固定形狀的微型超級(jí)電容器。該器件具有超薄器件厚度（37 μm）、超柔性、高面積容量（40.8 mF/cm²）和高度集成度。特別是在彎曲、折疊、扭轉(zhuǎn)、褶皺等多種形變狀態(tài)下，該微型超級(jí)電容器仍保持原有的高電化學(xué)性能。例如，高度集成化的9個(gè)串聯(lián)石墨烯基微型超級(jí)電容器模塊，在嚴(yán)重扭曲形變的條件下（整個(gè)器件體積從0.11 cm³揉成0.01 cm³），整個(gè)模塊仍具有優(yōu)異的電化學(xué)一致性，在7.2 V的電壓下仍能穩(wěn)定地工作。該工作為發(fā)展無基底、無固定形狀新型微型儲(chǔ)能器件提供了一種普適性方法和新的設(shè)計(jì)策略。

相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater.）上。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、大連化物所科研創(chuàng)新基金、CAS-TWAS院長(zhǎng)獎(jiǎng)學(xué)金等資助。