微型超级电容器凭借其超薄、超轻量化、高灵活性、高功率密度等特点成为业界关注的焦点。
然而,制造此类超级电容器需要复杂的技术工艺,涉及高压、辐照等多个步骤。
然而,近日,中国科学院的研究人员发明了一种极其简单的“一步法”制备方法,并证明制备的超级电容器具有优异的性能,包括高功率密度(mW/cm3)和高能量密度(11.6 mWh/ cm3),其能量密度至少是目前同类微型超级电容器的两倍。
相关论文发表在最新一期的ACS Nano上。
文章作者之一、中国科学院大连清洁能源国家实验室吴中帅研究员表示:“我们发明了一种通用、简单、有效的方法,可以根据设计的形状制造微型超级电容器。
”制造如此微型超级电容器的关键步骤是将磷烯纳米片集成为石墨烯纳米片之间的三明治。
超级电容器的优异性能很大程度上来自于两种材料的协同效应,这两种材料具有不同但互补的特性:磷烯可以提供超高的电力存储容量并防止石墨烯纳米片不必要的堆叠,而石墨烯可以层作为主干超级电容器并为高速电子运动提供网络。
在其他方面,超级电容器极其灵活,研究人员认为这也是由于层工艺和平面几何形状所致。
该超级电容器还具有高电容容量,即使在反复充放电后仍能保持其最大值的90%。
此外,简化的制造工艺还可以提高电容器的性能,因为简单的制造工艺可以避免制造过程中的污染和氧化,而这些污染和氧化通常发生在多步骤工艺中。
研究人员解释说,这种小型储能装置在许多领域具有巨大的应用潜力。
“微型超级电容器在片上储能方面具有广阔的应用前景。
”吴忠帅表示。
“近年来,可穿戴电子产品和智能电子产品迫切需要高度灵活、多功能、集成化的储能器件。
总的来说,这种新型微型超级电容器可以与当前快速发展的高科技微型电容器相媲美。
该系统希望能够配套并广泛应用于精密测量、材料、生物医学等领域,“研究人员也希望未来这种新的制造工艺能够得到推广并最终实现商业化。
”并探索其他材料和技术来实现微型储能系统。
“以高度灵活、智能和集成的微型储能器件和系统为目标,我们一直在进行各种超薄、结构明确的石墨烯和二维的研究。
材料,以及高能量密度的微型超级电容器只是其中之一。
”吴忠帅说。