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大連石墨烯基柔性化、微型化超級電容器研究取得新進展

2016-11-17 17:02:00來源:央廣網

  央廣網大連11月17日消息(記者田彤 賈鐵生 通訊員趙雪君)近日,中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)吳忠帥研究員團隊在柔性化、微型化石墨烯基超級電容器的研究方面取得新進展,成功獲得了二維噻吩納米片與石墨烯疊層結構復合薄膜應用于高性能、柔性化、微型化超級電容器。相關的研究成果發表在《Advanced Materials》雜志上(DOI: 10.1002/adma.201602960)。

  近年來,隨著高度集成化、輕量便攜化、可穿戴式、可植入式等新概念,柔性化,智能化電子產品的不斷出現,迫切需要開發與其高度兼容的具有高儲能密度、柔性化、功能集成化的微納儲能器件,為其提供功率源,解決他們的動力問題。目前市場上已涌現的一些新概念、柔性化、智能化的電子產品元件和產品,例如,2011年Nokia公司和2013年Samsung公司相繼推出概念性、可彎折柔性化手機(flexible phone)原型和智能化手表(smart watch);2013年谷歌公司開發出智能化谷歌眼鏡(Google glass),可以隨時隨地進行信息收集、存儲與發射;2013年和2015年LG公司制造出柔性化、智能化的手機(flexible smart phone)和智能化健康跟蹤器(smart health tracker);2014年Intel公司開發出智能化的耳機(smart headset)等商業化民用產品,以及一些有軍事用途的微系統,如微型直升飛機等。

  作為微納儲能器件研究領域的前沿研究方向之一,微型超級電容器(Micro-Supercapacitors)不僅能夠解決微型電池功率密度低、電解電容器能量密度不高的問題,而且有望作為新一代的微量能量與功率源,與微納電子器件直接融合集成。石墨烯已被證明是一種極具前景的高性能超級電容器電極材料,不僅仍有很大的研究空間和突破的可能,而且有望較快實現其工業應用。為了發展高性能的微型超級電容器,該團隊吳忠帥博士在前期研究中已開發出一系列小型化、柔性化、平面化、高性能石墨烯微型超級電容器。例如,利用甲烷等離子體還原技術和光刻微加工技術相結合成功地制備出石墨烯基高功率平面微型超級電容器(Nat. Commun. 2013, DOI: 10.1038/ncomms3487);采用層層自組裝氧化石墨烯與多聚賴氨酸,并在層間插入硼酸,經高溫處理獲得氮硼共摻雜的石墨烯薄膜應用于高體電容和倍率性能的微型超級電容器(Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201401228);利用交替堆疊的方法制備出高致密、高導電性聚合物/石墨烯、活化石墨烯/石墨烯薄膜材料應用于高比能量微型柔性超級電容器(Adv. Mater. 2015, DOI: 10.1002/adma.201501643);利用噴涂方法制備出石墨烯導電聚合物(PEDOT:PSS)薄膜應用于超薄、可打印,并具有交流線性濾波功能的超級電容器(Adv. Mater. 2015, DOI: 10.1002/adma.201501208)。此類石墨烯微型超級電容器能夠充分利用石墨烯二維特征和器件的平面交叉構型,極大地縮短了電解液離子的傳輸距離,可獲得充電或者放電速度比常規電容器快1000倍以上的新型儲能器件,即有望在毫秒時間內完成對特定微器件充電。因此,這些柔性化、微型化超級電容器在未來新概念、智能化電子器件顯示出重要的應用前景(Natl Sci. Rev. 2014, DOI : 10.1093/nsr/nwt003)。

  該工作得到了國家青年千人計劃、國家重點研究計劃、國家自然科學基金、遼寧省自然科學基金等項目的資助。

編輯: 張穎
關鍵詞: 超級電容器;烯基;石墨;微型化;大連化物所