中科院化物所全石墨烯超級電容器研究獲新進展

　　近日，中科院化物所二維材料與能源器件研究組(DNL21T3組)吳忠帥研究員團隊和包信和院士團隊在柔性化、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，相關的研究成果發表在ACS Nano上(DOI: 10.1021/acsnano.6b08435)。

　　超薄、超輕、柔性化、非常規形狀微納電子器件的快速發展，對與之配套的微納能源系統提出了更高的要求。傳統儲能器件，如鋰離子電池、超級電容器，形狀單一，尺寸、體積及質量較大;還存在電解液泄露、導電添加劑和粘結劑使用、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，需要開發新型儲能器件。

　　該研究團隊提出在一個基底上構筑任意形狀、三明治結構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，在形狀可調控的掩模版協助下，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構的平面超級電容器。與傳統柔性器件相比，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)和優異的機械柔韌性。在不同的彎曲狀態下測試，比容量基本沒有損失。通過凝膠電解液覆蓋有效電極面積，可實現對單個器件比容量的有效調控。同時，該制造方法可適于規模化生產和自集成化，在不使用傳統金屬導線和接觸體的情況下，實現多個器件串、并聯集成，有效調控了模塊化電源的輸出電壓和容量。

　　這項工作從材料選取、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新，也為任意形狀儲能器件的有效構筑、生產與集成提供了科學依據。