大连化物所石墨烯基超级电容研究获突破

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中国证券报2月16日从中国科学院获悉，近日，中国科学院大连化学物理研究所2D材料与能源器件研究组研究员吴忠帅和中国科学院院士鲍新河在柔性、扁平、集成的全石墨烯基超级电容器研究方面取得新进展，实现了在一个衬底上制作任意形状的超级电容器及其模块化集成。相关研究成果发表在acs纳米上。

随着超薄、超轻、柔性和非常规微纳电子器件的快速发展，对与之匹配的微纳能量系统提出了更高的要求。传统的储能装置，如锂离子电池和超级电容器，形状单一，尺寸、体积和质量大；还有一些问题，如电解液泄漏，导电添加剂和粘合剂的使用，以及厚隔膜。同时，使用两个衬底不利于提高器件的机械柔性，不能满足多样化、柔性化和多功能集成电路的要求。因此，有必要开发新型储能装置。

研究小组提出了在基底上构建任意形状和夹层结构的平面超级电容器的概念。以电化学剥离石墨烯为电极材料，纳米氧化石墨烯为隔膜，借助形状可调的掩膜，通过层层喷涂在柔性基底上成功制备了任意形状的全石墨烯基三明治结构平面超级电容器。与传统的柔性器件相比，该电容器不仅具有各种形状，如矩形、圆形、中间空方形、数字、字母和更复杂的交叉线性，而且具有更高的体积比容量(280f/cm3)、更高的能量密度(2.9 wh/cm3)和优异的机械柔性。当在不同弯曲条件下测试时，几乎没有比容量损失。通过用凝胶电解质覆盖有效电极区域，可以有效地调节和控制单个器件的比容量。同时，该制造方法可适用于大规模生产和自集成，无需使用传统的金属线和触点即可实现多个器件的串并联集成，有效调节模块化电源的输出电压和容量。

[研发意义]

这项工作在材料选择、电极制备、电解质和隔膜选择、器件组装和模块化集成等方面进行了创新。为任意形状储能装置的有效建造、生产和集成提供了科学依据。

业内人士表示，它还为中国储能电池材料-电池-集成-示范产业链提供了一个相对完整的技术支撑体系，为该行业未来的可持续发展搭建了一个具有国际竞争力的产业化平台，促进了中国储能产业的发展，提升了中国能源可持续发展的战略地位，市场前景广阔。