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“一步”制造可穿戴设备核心器件的方法

导读: 最近,来自中国科学院的研究者发明出一种极为简单的“一步式”制备方法,并且证明制备出的超级电容具有很好的性能,包括高功率密度(1500 mW/cm3)和高能量密度(11.6 mWh/cm3),其能量密度至少是当前类似微型超电容的两倍。

OFweek可传戴设备网讯 微型超级电容作为未来便携、可穿戴电子领域最有希望的微尺度能量源器件之一,以其超薄、超轻、高柔韧性和高功率密度的特点,成为业界关注的焦点。但制造这种超级电容需要高压、辐照等多个步骤的复杂技术工艺。

“一步”制造可穿戴设备核心器件的方法

然而最近,来自中国科学院的研究者发明出一种极为简单的“一步式”制备方法,并且证明制备出的超级电容具有很好的性能,包括高功率密度(1500 mW/cm3)和高能量密度(11.6 mWh/cm3),其能量密度至少是当前类似微型超电容的两倍。相关论文发表在最近一期的ACS Nano上。

“我们发明了一种通用、简单而且有效的方法,可以根据设计的形状制作微型超级电容,”文章作者之一,中国科学院大连洁净能源国家实验室的吴忠帅研究员说。

制造此类微型超级电容的关键步骤是将磷烯纳米片作为夹层集成到石墨烯纳米片之间。该超级电容的优良性能很大部分来源于两种材料的协同作用,虽然特性不同但性能互补:磷烯可以提供超高的电量存储能力并且防止石墨烯纳米片出现不必要的堆叠,而石墨烯层则作为此超级电容的骨架,并为高速电子的移动提供了网络。

在其他方面,此超级电容柔韧性超强,研究者认为,这也归功于这种片层工艺和平面几何结构。这种超级电容还具有很高的电容能力,即使在2000次充放电之后,其电容量还可以保持其最大值的90%。而且,简化的制作工艺还可以增进电容的性能,因为制作工艺简单可以避免制作过程中的污染和氧化,这些问题在多步骤工艺中经常发生。

正如研究者解释的那样,这种小型的能量存储装置在很多领域都具有很大的应用潜力。

“微型超级电容在片上能量存储方面的应用前景广阔,”吴忠帅说。“近几年来,可穿戴电子和智能电子对于高柔韧性、多功能、集成化的能量存储设备需求非常迫切。总的来说,这种新的微型超级电容可以与当前快速发展的高科技微型系统想匹配,广泛应用于精密测量、材料、生物医药等领域。”

研究者还希望,在未来,这种新的制作工艺可以进行推广,并最终进行商业化应用。他们还计划研究、探索其他材料和技术,以实现微型能量存储系统。

“瞄准高柔韧性、智能和集成微型能量存储器件和系统这一目标,我们一直在进行各种超薄、结构定义的石墨烯和二维材料,以及高电压电解质、器件制作工艺的研究,这种高能量密度的微型超级电容只是其中之一。”吴忠帅说。

责任编辑:Gerke
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