近日, 中國科學院大連化學物理研究所研究員吳忠帥二維材料與能源器件研究組團隊與中科院院士包信和團隊及清華大學深圳研究生院副教授賀豔兵合作, 開發出一種具有高能量密度, 良好柔性, 優異高溫穩定性及高度整合化的全固態平面鋰離子微型電容器. 相關研究成果發表在《能源和環境科學》 (Energy Environ. Sci.) 上.
近年來, 可穿戴, 攜帶型電子設備以及微機電系統 (如微型機器人, 微型感測器) 正朝著輕薄短小, 多功能整合的方向快速發展, 極大地促進了現代社會對於高功率密度, 高能量密度, 柔性化, 模組化整合等特徵的微型儲能器件的需求. 傳統鋰離子電容器由於具有鋰離子電池的高能量密度, 又具有超級電容器的高功率密度而備受關注. 然而, 其三明治堆疊結構的器件構型極大地限制了其機械柔性, 高溫性能以及模組化整合能力.
最近, 該研究團隊在國際上率先開發出一種新概念的全固態柔性平面鋰離子微型電容器. 該微型電容器以高導電石墨烯為集流體, 以高電壓離子凝膠作為電解質, 以納米鈦酸鋰為負極和活化石墨烯為正極構築出高離子電子傳導的平面交叉指型微電極, 進而在一個基底上組裝出全固態鋰離子微型電容器. 該鋰離子微型電容器具有高能量密度53.5mWh/cm3, 高於目前報道的鋰薄膜電池和微型超級電容器. 同時, 該鋰離子微型電容器具有優異的迴圈穩定性, 6000次迴圈後電容保持率為98.9% ; 具有高溫電化學穩定性, 能在80°C條件下穩定工作; 以及具有優異的機械柔性, 在各種彎曲和扭曲狀態下達到性能基本沒有衰減. 此外, 該鋰離子微型電容器表現出良好的模組化整合能力, 無需金屬連接體, 可有效調控輸出的工作電壓和容量. 因此, 該工作為開發柔性化, 小型化, 智能化儲能器件提供了新的策略.
上述工作得到國家自然科學基金, 國家重點研發計劃, 國家青年千人計劃等項目的資助.
