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微型柔性电容器，智能可穿戴设备发展的新希望！

2018-07-09 来源：转载自第三方

近期，中科院大连化物所的研究人员与清华大学深圳研究生院的研究人员合作，开发出了一种全固态平面锂离子微型柔性电容器，该微型电容器具有高能量密度、良好的柔性、优异的高温稳定性及高度集成化特性。相关研究成果以题为“All-solid-state flexible planar lithium ion micro-capacitors”的文章发表在期刊Energy & Environmental Science上。

近年来，智能可穿戴产品层出不穷，柔性化电子产品概念的不断提出，迫切需要开发与其高度兼容的具有高储能密度、柔性化、功能集成化的微型储能器件。微型超级电容器不仅能够解决微型电池功率密度低、电解电容器能量密度不高的问题，而且有望作为新一代的微量能量与功率源，与微纳电子器件直接融合集成。

为实现这一目标，该研究团队在前期研究中已经做出了许多成绩：将甲烷等离子体还原技术和光刻微加工技术相结合，成功制备出石墨烯基高功率平面微型超级电容器[2]；采用层层自组装氧化石墨烯与多聚赖氨酸，并在层间插入硼酸，经高温处理获得氮硼共掺杂的石墨烯薄膜应用于高体电容和倍率性能的微型超级电容器[3]；利用交替堆叠的方法制备出高致密、高导电性聚合物/石墨烯、活化石墨烯/石墨烯薄膜材料，应用于高比能量微型柔性超级电容器[4]；利用喷涂方法制备出石墨烯导电聚合物（PEDOT:PSS）薄膜，应用于超薄、可打印、且具有交流线性滤波功能的超级电容器[5]；利用噻吩纳米片和石墨烯制备出堆叠层异质结复合薄膜，并将其应用于全固态超级电容器和微型超级电容器[6]。

在本次研究中，该研究团队又率先开发出一种新概念的全固态柔性平面锂离子微型电容器（LIMC）。该LIMC以高导电石墨烯为集流体，以高电压离子凝胶作为电解质，以纳米钛酸锂为负极，活化石墨烯为正极，层层自组装获得。不仅具有高能量密度，优异的循环稳定性，高温电化学稳定性以及优异的机械柔性，还表现出了良好的模块化集成能力，无需金属连接体，可有效调控输出的工作电压和容量。

智能柔性小型化电子产品的不断增长迫切需要具有高性能、安全、灵活并具有强大集成度的平面能量存储系统。目前，这仍然是一个巨大的挑战。因此，该全固态柔性平面锂离子微型电容器在未来的柔性和可穿戴电子产品中具有很大的应用潜力和应用前景。

参考文献

[1] Shuanghao Zheng, Jiaming Ma, Zhong-Shuai Wu, et al. All-solid-state flexible planar lithium ion micro-capacitors. Energy Environ. Sci., 2018, doi: 10.1039/C8EE00855H

[2] Zhong–Shuai Wu, Khaled Parvez, Xinliang Feng, et al. Graphene-based in-plane micro-supercapacitors with high power and energy densities. Nat. Commun. 2013, doi: 10.1038/ ncomms 3487.

[3] Zhong‐Shuai Wu, Khaled Parvez, Andreas Winter, et al. Layer‐by‐Layer Assembled Heteroatom‐Doped Graphene Films with Ultrahigh Volumetric Capacitance and Rate Capability for Micro‐Supercapacitors. Adv. Mater. 2014, doi: 10.1002/ adma. 201401228）

[4] Zhong‐Shuai Wu, Khaled Parvez, Shuang Li, et al. Alternating Stacked Graphene‐Conducting Polymer Compact Films with Ultrahigh Areal and Volumetric Capacitances for High‐Energy Micro‐Supercapacitors. Adv. Mater. 2015, doi: 10.1002/ adma. 201501643.

[5] Zhong‐Shuai Wu, Zhaoyang Liu, Khaled Parvez, et al. Ultrathin Printable Graphene Supercapacitors with AC Line‐Filtering Performance. Adv. Mater. 2015, doi: 10.1002/ adma. 201501208.

[6] Zhong‐Shuai Wu, Yijun Zheng, Shuanghao Zheng, et al. Stacked‐Layer Heterostructure Films of 2D Thiophene Nanosheets and Graphene for High‐Rate All‐Solid‐State Pseudocapacitors with Enhanced Volumetric Capacitance. Adv. Mater. 2016, doi:10.1002/adma.201602960.