合肥研究院在柔性超級電容器研究中取得進(jìn)展

　　近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所微納技術(shù)與器件研究室研究員葉長輝課題組，在柔性超級電容器研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Small 雜志上(Small, 2016, 12, 3059–3069)。

　　柔性可穿戴式及便攜式電子器件，要求驅(qū)動其工作的供能器件不僅能提供足夠的功率密度及能量密度，還需具有良好的柔韌性。超級電容器具有較高的功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性以及快速充放電的特性，是一種非常有應(yīng)用潛力的供能器件，然而較低的能量密度一直限制著其實際應(yīng)用。因此，如何進(jìn)一步提高超級電容器的能量密度并使其柔性化是目前超級電容器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

　　二氧化錳是一種具有高理論比容量的(1370 F g−1)的贗電容材料，非常有希望應(yīng)用于高能量密度超級電容器的制備。然而其較差的固有電導(dǎo)率(10−5-10−6 S cm−1)，使得單純通過增加活性材料厚度無法提高其儲電能力，嚴(yán)重阻礙了其在高能量密度超級電容器中的應(yīng)用。該課題組研究人員基于前期發(fā)展的插指電極激光印刷技術(shù)(J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 20916-20922），并結(jié)合電沉積技術(shù)，在柔性PET基底上制備了一種二氧化錳基三維疊層插指電極，并以此電極進(jìn)一步制備了柔性超級電容器。這種三維疊層插指電極構(gòu)型，可以有效地增加二氧化錳與金電極的接觸面積，克服二氧化錳電導(dǎo)率較差的瓶頸問題，通過Z軸方向的疊加，在不增加電極面積的條件下，有效地增加電極活性材料的總體厚度，增大了器件的面電容密度。通過這種電極結(jié)構(gòu)設(shè)計，獲得的柔性超級電容器可以達(dá)到11.9 mF cm-2 的最大面電容密度，并且理論上可以通過進(jìn)一步的電極疊加，獲得更高的面電容密度。

　　此外，研究小組還受邀撰寫了關(guān)于微型超級電容器的綜述文章（Energy  Storage  Materials，2015，1，82–102）。

　　上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和中科院國際團(tuán)隊項目的資助。

　　圖：(a) 制備工藝流程圖；(b) 三維疊層插指電極側(cè)切面掃描電鏡圖；(c)不同層數(shù)三維疊層插指電極在不同面電流密度下的面電容密度圖；(d)器件在90°彎曲角度下的循環(huán)伏安曲線圖（內(nèi)插圖為器件在90°彎曲角下的光學(xué)照片)。