“一步”制造可穿戴設(shè)備核心器件的方法

　　微型超級電容作為未來便攜、可穿戴電子領(lǐng)域最有希望的微尺度能量源器件之一，以其超薄、超輕、高柔韌性和高功率密度的特點，成為業(yè)界關(guān)注的焦點。但制造這種超級電容需要高壓、輻照等多個步驟的復(fù)雜技術(shù)工藝。

　　然而最近，來自中國科學(xué)院的研究者發(fā)明出一種極為簡單的“一步式”制備方法，并且證明制備出的超級電容具有很好的性能，包括高功率密度(1500 mW/cm3)和高能量密度(11.6 mWh/cm3)，其能量密度至少是當(dāng)前類似微型超電容的兩倍。相關(guān)論文發(fā)表在最近一期的ACS Nano上。

　　“我們發(fā)明了一種通用、簡單而且有效的方法，可以根據(jù)設(shè)計的形狀制作微型超級電容，”文章作者之一，中國科學(xué)院大連潔凈能源國家實驗室的吳忠?guī)浹芯繂T說。

　　制造此類微型超級電容的關(guān)鍵步驟是將磷烯納米片作為夾層集成到石墨烯納米片之間。該超級電容的優(yōu)良性能很大部分來源于兩種材料的協(xié)同作用，雖然特性不同但性能互補：磷烯可以提供超高的電量存儲能力并且防止石墨烯納米片出現(xiàn)不必要的堆疊，而石墨烯層則作為此超級電容的骨架，并為高速電子的移動提供了網(wǎng)絡(luò)。

　　在其他方面，此超級電容柔韌性超強，研究者認為，這也歸功于這種片層工藝和平面幾何結(jié)構(gòu)。這種超級電容還具有很高的電容能力，即使在2000次充放電之后，其電容量還可以保持其最大值的90%。而且，簡化的制作工藝還可以增進電容的性能，因為制作工藝簡單可以避免制作過程中的污染和氧化，這些問題在多步驟工藝中經(jīng)常發(fā)生。

　　正如研究者解釋的那樣，這種小型的能量存儲裝置在很多領(lǐng)域都具有很大的應(yīng)用潛力。

　　“微型超級電容在片上能量存儲方面的應(yīng)用前景廣闊，”吳忠?guī)浾f。“近幾年來，可穿戴電子和智能電子對于高柔韌性、多功能、集成化的能量存儲設(shè)備需求非常迫切?？偟膩碚f，這種新的微型超級電容可以與當(dāng)前快速發(fā)展的高科技微型系統(tǒng)想匹配，廣泛應(yīng)用于精密測量、材料、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。”

　　研究者還希望，在未來，這種新的制作工藝可以進行推廣，并最終進行商業(yè)化應(yīng)用。他們還計劃研究、探索其他材料和技術(shù)，以實現(xiàn)微型能量存儲系統(tǒng)。

　　“瞄準高柔韌性、智能和集成微型能量存儲器件和系統(tǒng)這一目標，我們一直在進行各種超薄、結(jié)構(gòu)定義的石墨烯和二維材料，以及高電壓電解質(zhì)、器件制作工藝的研究，這種高能量密度的微型超級電容只是其中之一。”吳忠?guī)浾f。