大連化物所率先研發(fā)出全固態(tài)柔性平面鋰離子微型電容器

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)浂S材料與能源器件研究組團(tuán)隊(duì)與中科院院士包信和團(tuán)隊(duì)及清華大學(xué)深圳研究生院副教授賀艷兵合作，開(kāi)發(fā)出一種具有高能量密度、良好柔性、優(yōu)異高溫穩(wěn)定性及高度集成化的全固態(tài)平面鋰離子微型電容器。相關(guān)研究成果發(fā)表在《能源和環(huán)境科學(xué)》(Energy Environ. Sci.)上。

近年來(lái)，可穿戴、便攜式電子設(shè)備以及微機(jī)電系統(tǒng)(如微型機(jī)器人、微型傳感器)正朝著輕薄短小、多功能集成的方向快速發(fā)展，極大地促進(jìn)了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于高功率密度、高能量密度、柔性化、模塊化集成等特征的微型儲(chǔ)能器件的需求。傳統(tǒng)鋰離子電容器由于具有鋰離子電池的高能量密度，又具有超級(jí)電容器的高功率密度而備受關(guān)注。然而，其三明治堆疊結(jié)構(gòu)的器件構(gòu)型極大地限制了其機(jī)械柔性、高溫性能以及模塊化集成能力。

最近，該研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先開(kāi)發(fā)出一種新概念的全固態(tài)柔性平面鋰離子微型電容器。該微型電容器以高導(dǎo)電石墨烯為集流體，以高電壓離子凝膠作為電解質(zhì)，以納米鈦酸鋰為負(fù)極和活化石墨烯為正極構(gòu)筑出高離子電子傳導(dǎo)的平面交叉指型微電極，進(jìn)而在一個(gè)基底上組裝出全固態(tài)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，高于目前報(bào)道的鋰薄膜電池和微型超級(jí)電容器。同時(shí)，該鋰離子微型電容器具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，6000次循環(huán)后電容保持率為98.9%；具有高溫電化學(xué)穩(wěn)定性，能在80°C條件下穩(wěn)定工作；以及具有優(yōu)異的機(jī)械柔性，在各種彎曲和扭曲狀態(tài)下達(dá)到性能基本沒(méi)有衰減。此外，該鋰離子微型電容器表現(xiàn)出良好的模塊化集成能力，無(wú)需金屬連接體，可有效調(diào)控輸出的工作電壓和容量。因此，該工作為開(kāi)發(fā)柔性化、小型化、智能化儲(chǔ)能器件提供了新的策略。

上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家青年千人計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。