我國皮膚型超級電容器研究取得新進展
發(fā)布日期：2017-03-14 來源：中科院網(wǎng)站
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近年來，隨著柔性可穿戴電子學的蓬勃發(fā)展，皮膚型電子器件的研究和制備已成為該領(lǐng)域的焦點之一。為了構(gòu)筑一體化的電子系統(tǒng)，人們迫切需要一型的柔性、超薄、輕量化的皮膚型能量存儲裝置。超級電容器作為一種新型的儲能器件，引起了研究者們的廣泛關(guān)注，然而傳統(tǒng)的薄膜型超級電容器厚度一般在20μm以上，無法滿足柔性和皮膚電子學器件的實際要求。此外，該類超級電容器多采用金屬集流極和襯底，由于集流極多為脆性材料，價格高昂，且器件必須依附襯底，無法實現(xiàn)大角度彎折，因此現(xiàn)有器件難以應(yīng)用于柔性便攜電子學，特別是皮膚電子學領(lǐng)域。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）先進材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室“納米材料與介觀物理”研究小組，多年來一直致力于碳納米結(jié)構(gòu)的制備、物性與應(yīng)用基礎(chǔ)研究，近年來在碳納米材料基柔性儲能器件領(lǐng)域取得了系列成果。最近，該課題組研制出一種柔性、超薄、自支撐、高性能的皮膚型超級電容器。
他們利用直接生長的碳納米管薄膜與PEDOT進行復合，并對其負載量和電化學性能進行優(yōu)化。得益于大量“Y型結(jié)”構(gòu)成的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該復合薄膜具有高達～1600 S cm-1的電導率和～300 MPa的力學強度，有助于皮膚型器件的構(gòu)筑。提出一種基于襯底表面能差異的分步分離技術(shù)，實現(xiàn)了器件和襯底的無損分離，構(gòu)筑出厚度約為1μm的超薄器件。經(jīng)測試，這種皮膚型超級電容器的比電容為56 F g-1（相對于兩電極質(zhì)量），能量密度為6.0 W h kg-1，功率密度為332 kW kg-1，響應(yīng)時間為5.4 ms，此外器件還可耐受105次的彎折。相對于其它薄膜器件，該皮膚型超級電容器在比電容量、功率密度、響應(yīng)時間上均體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，有望應(yīng)用于柔性可穿戴電子學和皮膚電子學等領(lǐng)域。相關(guān)研究得到了科技部、國家自然科學基金委和中科院的支持。
