近日，中國科學(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)隊和中國科學(xué)院院士包信和團(tuán)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(jìn)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《美國化學(xué)會納米期刊》上。

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(dǎo)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(jī)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(tuán)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(xué)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(fù)雜的交叉線性等，還具有較高的體積比容量、較高的能量密度和優(yōu)異的機(jī)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(dǎo)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(jìn)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(xué)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(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金等項目的資助。

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