石墨烯基線(xiàn)形串聯(lián)超級(jí)電容器研究取得新進(jìn)展

石墨烯基線(xiàn)形串聯(lián)超級(jí)電容器研究取得新進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化物所二維材料與能源器件研究團(tuán)隊(duì)吳忠?guī)浹芯繂T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(jí)電容器研究方面取得新進(jìn)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(xiàn)形串聯(lián)超級(jí)電容器，相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，DOI:10.100）上。


微型化、柔性化電子器件的快速發(fā)展，極大刺激了人們對(duì)于微型儲(chǔ)能器件的需求。傳統(tǒng)單個(gè)超級(jí)電容器存在輸出電壓較低（水系中<1.0V），多個(gè)非平面儲(chǔ)能器件串聯(lián)時(shí)加工步驟復(fù)雜且需要借助金屬連接體，這大大降低了超級(jí)電容器的模塊化集成性和機(jī)械柔韌性，很難滿(mǎn)足未來(lái)電子器件對(duì)高電壓實(shí)際場(chǎng)景的應(yīng)用需求。因此，急需發(fā)展創(chuàng)新的器件構(gòu)型和規(guī)?；钠骷圃旆椒?，來(lái)實(shí)現(xiàn)高效制備具有高電壓輸出的新型儲(chǔ)能器件的目的。


該研究團(tuán)隊(duì)首先使用電化學(xué)剝離石墨烯和導(dǎo)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(dǎo)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(gè)線(xiàn)形器件自串聯(lián)集成的平面超級(jí)電容器模塊，所得器件具有良好的機(jī)械柔韌性，在水系電解液中可以穩(wěn)定輸出8V的高電壓，且無(wú)需借助于金屬連接體。為提高單個(gè)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(xiàn)形串聯(lián)超級(jí)電容器，具有高的贗電容且保持了良好的串聯(lián)行為。為進(jìn)一步提高單個(gè)器件的輸出電壓，選擇二氧化錳納米片和電化學(xué)剝離石墨烯兩種二維材料，分別作為超級(jí)電容器的正負(fù)極，在一個(gè)基底上成功制造出了不對(duì)稱(chēng)的線(xiàn)形串聯(lián)超級(jí)電容器，使得輸出電壓由單個(gè)不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器的1.8V拓展到3個(gè)線(xiàn)形串聯(lián)超級(jí)電容器的5.4V，進(jìn)一步提高了器件的輸出電壓和能量密度。該項(xiàng)研究證明了石墨烯和其它二維材料在制造具有對(duì)稱(chēng)和不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的線(xiàn)形串聯(lián)超級(jí)電容器中具有廣泛的適用性，同時(shí)為制造平面化、柔性化、集成化儲(chǔ)能器件提供了一種新策略。

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