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)?，與中科院院士包信和合作，在新概念、平面化、自集成的石墨烯基超級(jí)電容器研究中取得新進(jìn)展，率先提出采用噴涂方法高效制備出具有高電壓輸出的石墨烯基線形串聯(lián)超級(jí)電容器，相關(guān)成果發(fā)表在AdvancedMaterials上。
微型化、柔性化電子器件的快速發(fā)展，刺激了人們對(duì)微型儲(chǔ)能器件的需求。傳統(tǒng)單個(gè)超級(jí)電容器存在輸出電壓較低(水系中<1.0V)，多個(gè)非平面儲(chǔ)能器件串聯(lián)時(shí)加工步驟復(fù)雜且需要借助金屬連接體，這降低了超級(jí)電容器的模塊化集成性和機(jī)械柔韌性，很難滿足未來(lái)電子器件對(duì)高電壓實(shí)際場(chǎng)景的應(yīng)用需求。因此，急需發(fā)展創(chuàng)新的器件構(gòu)型和規(guī)?；钠骷圃旆椒?，實(shí)現(xiàn)高效制備具有高電壓輸出的新型儲(chǔ)能器件的目的。
研究團(tuán)隊(duì)使用電化學(xué)剝離石墨烯和導(dǎo)電聚合物PH1000(聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸)的混合分散液作為高導(dǎo)電墨水，在掩模板的輔助下，采用噴涂的方法在A4紙上制備出由十個(gè)線形器件自串聯(lián)集成的平面超級(jí)電容器模塊，所得器件具有良好的機(jī)械柔韌性，在水系電解液中可穩(wěn)定輸出8V的高電壓，且無(wú)需借助于金屬連接體。為提高單個(gè)器件的比容量，使用高容量的聚苯胺功能化的石墨烯作為電極材料，同樣制造出的線形串聯(lián)超級(jí)電容器，具有高的贗電容且保持了良好的串聯(lián)行為。為進(jìn)一步提高單個(gè)器件的輸出電壓，選擇二氧化錳納米片和電化學(xué)剝離石墨烯兩種二維材料，分別作為超級(jí)電容器的正負(fù)極，在一個(gè)基底上制造出了不對(duì)稱的線形串聯(lián)超級(jí)電容器，使輸出電壓由單個(gè)不對(duì)稱超級(jí)電容器的1.8V拓展到3個(gè)線形串聯(lián)超級(jí)電容器的5.4V，進(jìn)一步提高器件的輸出電壓和能量密度。研究表明，石墨烯和其它二維材料在制造具有對(duì)稱和不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的線形串聯(lián)超級(jí)電容器中具有廣泛的適用性，并為制造平面化、柔性化、集成化儲(chǔ)能器件提供了新策略。
研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家青年千人計(jì)劃、遼寧省自然科學(xué)基金、大連化物所知識(shí)創(chuàng)新工程、延長(zhǎng)石油探索性科研項(xiàng)目等的資助。
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