“一步”制造可穿戴設備核心器件的方法

　　微型超級電容作為未來便攜、可穿戴電子領域最有希望的微尺度能量源器件之一，以其超薄、超輕、高柔韌性和高功率密度的特點，成為業界關注的焦點。但制造這種超級電容需要高壓、輻照等多個步驟的復雜技術工藝。

　　然而最近，來自中國科學院的研究者發明出一種極為簡單的“一步式”制備方法，并且證明制備出的超級電容具有很好的性能，包括高功率密度(1500 mW/cm3)和高能量密度(11.6 mWh/cm3)，其能量密度至少是當前類似微型超電容的兩倍。相關論文發表在最近一期的ACS Nano上。

　　“我們發明了一種通用、簡單而且有效的方法，可以根據設計的形狀制作微型超級電容，”文章作者之一，中國科學院大連潔凈能源國家實驗室的吳忠帥研究員說。

　　制造此類微型超級電容的關鍵步驟是將磷烯納米片作為夾層集成到石墨烯納米片之間。該超級電容的優良性能很大部分來源于兩種材料的協同作用，雖然特性不同但性能互補：磷烯可以提供超高的電量存儲能力并且防止石墨烯納米片出現不必要的堆疊，而石墨烯層則作為此超級電容的骨架，并為高速電子的移動提供了網絡。

　　在其他方面，此超級電容柔韌性超強，研究者認為，這也歸功于這種片層工藝和平面幾何結構。這種超級電容還具有很高的電容能力，即使在2000次充放電之后，其電容量還可以保持其最大值的90%。而且，簡化的制作工藝還可以增進電容的性能，因為制作工藝簡單可以避免制作過程中的污染和氧化，這些問題在多步驟工藝中經常發生。

　　正如研究者解釋的那樣，這種小型的能量存儲裝置在很多領域都具有很大的應用潛力。

　　“微型超級電容在片上能量存儲方面的應用前景廣闊，”吳忠帥說。“近幾年來，可穿戴電子和智能電子對于高柔韌性、多功能、集成化的能量存儲設備需求非常迫切?？偟膩碚f，這種新的微型超級電容可以與當前快速發展的高科技微型系統想匹配，廣泛應用于精密測量、材料、生物醫藥等領域。”

　　研究者還希望，在未來，這種新的制作工藝可以進行推廣，并最終進行商業化應用。他們還計劃研究、探索其他材料和技術，以實現微型能量存儲系統。

　　“瞄準高柔韌性、智能和集成微型能量存儲器件和系統這一目標，我們一直在進行各種超薄、結構定義的石墨烯和二維材料，以及高電壓電解質、器件制作工藝的研究，這種高能量密度的微型超級電容只是其中之一。”吳忠帥說。