近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F隊與中科院院士包信和團隊，以及中科院金屬研究所成會明、任文才團隊合作，采用絲網(wǎng)印刷方法規(guī)模化制備出高度集成化、柔性化、高電壓輸出的石墨烯基平面微型超級電容器，相關成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》(Energy Environ. Sci.)上。
規(guī)模化制備高度集成微型超級電容器研究獲進展
微型化、柔性化電子器件的快速發(fā)展，讓人們對與之匹配的微型儲能器件的需求越來越大。然而，單個微型儲能器件的輸出電壓和電流有限，難以滿足需要高電壓、大電流驅動的電子器件的應用需求，在實際中通常需要將多個儲能器件進行串聯(lián)和(或)并聯(lián)集成來提高電壓和(或)電流。目前集成化儲能器件一般需要借助金屬連接體，導致器件一體性、機械柔韌性差，加工過程復雜，以及性能難以定制。因此，急需發(fā)展新的規(guī)模化技術來批量化制備高度集成、性能可定制的微型儲能器件。
在該工作中，研究人員先發(fā)展了一種具有優(yōu)異流變學和電化學性能的石墨烯導電油墨，然后采用絲網(wǎng)印刷的方法，利用一步法實現(xiàn)了平面型及集成化微型超級電容器的集流體、圖案化微電極和器件間導電連接體的制備，大大簡化了制作流程，顯著提高了集成器件的整體性和機械柔韌性。根據(jù)不同的實際應用需求，科研人員不僅可以對集成化微型超級電容器的形狀和大小進行有效調(diào)控，而且能夠實現(xiàn)任意數(shù)量平面微型超級電容器的串并聯(lián)集成，進而有效定制輸出電壓(幾伏幾百伏)和電流(納安毫安)。例如，由130個單器件串聯(lián)得到的微型超級電容器模塊，其輸出電壓可達到100V以上。該工作證明了石墨烯導電油墨可以同時作為集流體、導電連接體，以及高容量電極材料，絲網(wǎng)印刷技術可以、規(guī)模化地制備出高度集成化、一體化、高電壓輸出的平面微型超級電容器，獲得的模塊化器件具有出色的良品率、性能一致性、高電壓輸出等特征，具有廣闊的應用前景。
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