我国平面超级电容高效制备技术获突破 产业发展提速

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据中国科学院6月26日消息，近日，中科院大连化学物理研究所材料与能源器件研究组的吴忠帅研究员与中科院金属研究所的任研究员合作，采用掩膜辅助一步过滤法制备了一种具有叠层结构的黑磷和石墨烯复合微电极。该电极可以直接转移到柔性基底上作为平面超级电容器，在离子液体中表现出优异的能量密度和良好的机械柔性。相关研究结果发表在《acs纳米》杂志上。

可穿戴和便携式电子产品的快速发展极大地促进了现代社会对高能量密度、轻质、便携和灵活的能量存储设备的需求。平面超级电容器因其厚度薄、体积小、功率密度高和循环寿命长而被认为是集成电子器件中重要的微功率储能器件。然而，在过去，平面微型电容器的制备过程是复杂的，通常需要苛刻的技术手段，如光刻和等离子体刻蚀。因此，有必要开发一种简单有效的方法来制备高性能的平面微型超级电容器。

最近，该研究团队使用高导电石墨烯纳米片和高容量黑磷烯纳米片作为电极材料，借助平行交叉模板，通过简单的一步过滤方法构建了一种叠层结构、高导电石墨烯/黑磷烯图案化的复合微电极。该电极应用于平面超级电容器，在离子液体中表现出较高的工作电压(3v)和能量密度(11.6mwh/cm3)。此外，平面超级电容器在高弯曲条件下仍能保持良好的性能。这种器件加工策略不仅简单易行，而且在器件制备过程中无需添加传统的金属集流体、互连或触点就可以构建模块化器件，从而获得高容量和高输出电压。

[工业发展]

随着柔性电子技术的发展，可穿戴电子设备正迅速进入人们的生活。为了实现可穿戴设备的产品化，能量供应部件需要具有灵活性和高性能。因此，高性能柔性储能装置将日益显示其潜在的市场价值。

超级电容器作为一种新型的电能存储装置，比传统的平行板电容器具有更高的能量密度，并且其功率密度和使用寿命都优于锂离子电池，因此得到了广泛的研究。然而，在超级电容器经受弯曲变形之后，聚合物电解质层保持良好，电极材料结构经常被破坏，并且储能特性降低。电极材料力学性能的缺乏严重限制了超级电容器在柔性耐磨领域的应用。因此，兼具机械和储能特性的柔性超级电容器的发展仍面临巨大挑战。