石墨烯基線形串聯超級電容器研究取得新進展

石墨烯基線形串聯超級電容器研究取得新進展

近日，中國科學院大連化物所二維材料與能源器件研究團隊吳忠帥研究員和包信和院士合作在新概念、平面化、自集成的石墨烯基超級電容器研究方面取得新進展，率先提出采用噴涂方法高效制備出具有高電壓輸出的石墨烯基線形串聯超級電容器，相關成果發表在《先進材料》（Advanced Materials，DOI:10.100）上。


微型化、柔性化電子器件的快速發展，極大刺激了人們對于微型儲能器件的需求。傳統單個超級電容器存在輸出電壓較低（水系中<1.0V），多個非平面儲能器件串聯時加工步驟復雜且需要借助金屬連接體，這大大降低了超級電容器的模塊化集成性和機械柔韌性，很難滿足未來電子器件對高電壓實際場景的應用需求。因此，急需發展創新的器件構型和規模化的器件制造方法，來實現高效制備具有高電壓輸出的新型儲能器件的目的。


該研究團隊首先使用電化學剝離石墨烯和導電聚合物PH1000（聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸）的混合分散液作為高導電墨水，在掩模板的輔助下，采用噴涂的方法在A4紙上制備出由十個線形器件自串聯集成的平面超級電容器模塊，所得器件具有良好的機械柔韌性，在水系電解液中可以穩定輸出8V的高電壓，且無需借助于金屬連接體。為提高單個器件的比容量，使用高容量的聚苯胺功能化的石墨烯作為電極材料，同樣制造出的線形串聯超級電容器，具有高的贗電容且保持了良好的串聯行為。為進一步提高單個器件的輸出電壓，選擇二氧化錳納米片和電化學剝離石墨烯兩種二維材料，分別作為超級電容器的正負極，在一個基底上成功制造出了不對稱的線形串聯超級電容器，使得輸出電壓由單個不對稱超級電容器的1.8V拓展到3個線形串聯超級電容器的5.4V，進一步提高了器件的輸出電壓和能量密度。該項研究證明了石墨烯和其它二維材料在制造具有對稱和不對稱結構的線形串聯超級電容器中具有廣泛的適用性，同時為制造平面化、柔性化、集成化儲能器件提供了一種新策略。

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