大連化物所研發出無基底無固定形狀平面微型超級電容器

大連化物所研發出無基底、無固定形狀平面微型超級電容器

近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥團隊和納米與界面催化研究組研究員傅強團隊合作，開發出一種器件組裝新方法，將平面圖案化微電極包裹在化學交聯的氧化石墨烯-聚乙烯醇基水凝膠電解質中，成功構建出一種無基底、無形狀的新概念微型超級電容器。

微型超級電容器是一種非常重要的高功率微型儲能器件，但由于基底引入、電極/電解液與基底之間的相容性差、封裝工藝復雜等多種因素，導致器件形狀固定單一、機械柔性較差、能量密度低，很難滿足對空間和柔性要求高的特定微系統的應用場景需求。

最近，大連化物所研究人員開發出一種“微電極集成于凝膠電解質內部制備一體化薄膜”的器件組裝新方法，將二維材料（如MXene、石墨烯）基平面圖案化微電極包裹在含氧化石墨烯的化學交聯聚乙烯醇基水凝膠電解質薄膜中，成功構建出一種基于“微電極-電解質一體化薄膜”新概念的無基底、無固定形狀的微型超級電容器。該器件具有超薄器件厚度（37 μm）、超柔性、高面積容量（40.8 mF/cm²）和高度集成度。特別是在彎曲、折疊、扭轉、褶皺等多種形變狀態下，該微型超級電容器仍保持原有的高電化學性能。例如，高度集成化的9個串聯石墨烯基微型超級電容器模塊，在嚴重扭曲形變的條件下（整個器件體積從0.11 cm³揉成0.01 cm³），整個模塊仍具有優異的電化學一致性，在7.2 V的電壓下仍能穩定地工作。該工作為發展無基底、無固定形狀新型微型儲能器件提供了一種普適性方法和新的設計策略。

相關成果發表在《先進功能材料》（Adv. Funct. Mater.）上。上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目、大連化物所科研創新基金、CAS-TWAS院長獎學金等資助。