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| 芯片儲(chǔ)能用石墨烯基平面微型超級(jí)電容器研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-08-18 10:34:51 瀏覽次數(shù)： |
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（中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）石墨烯（Graphene）是一種由sp2雜化碳原子緊密排列成蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的、單原子厚度的二維炭材料。這種新型二維材料擁有諸多優(yōu)異特性，如超薄、高導(dǎo)電性、高比表面積、高比容量，是制備微型超級(jí)電容器的重要材料之一。
小型化、柔性化、平面化的高性能微型電化學(xué)儲(chǔ)能器件，是便攜式電子器件和體內(nèi)電子器件快速發(fā)展的迫切需求。作為電化學(xué)能源存儲(chǔ)領(lǐng)域的前沿研究方向之一，微型超級(jí)電容器（Micro-Supercapacitors）不僅能夠解決微型電池功率密度低、電解電容器能量密度不高的問(wèn)題，而且有望作為新一代的微量能量與功率源，與納電子器件直接融合集成。目前，在全球范圍內(nèi)，對(duì)微型超級(jí)電容器的研究尚處于起步階段，但由于其具備極大的發(fā)展?jié)摿?，被認(rèn)為是一種非常有前景的微型能源器件。
德國(guó)馬普學(xué)會(huì)高分子研究所吳忠?guī)洸┦俊ⅠT新亮教授和中國(guó)科學(xué)院金屬研究所成會(huì)明研究員在石墨烯材料的控制制備、電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新型儲(chǔ)能器件等方面開展的深入研究。例如，成會(huì)明研究員課題組設(shè)計(jì)制備出一種石墨烯/纖維素三維網(wǎng)狀復(fù)合材料，不僅秉承了纖維素紙的柔性，而且減少了石墨烯納米片的堆疊團(tuán)聚，并具有快速輸運(yùn)電解液離子的通道。由該柔性復(fù)合材料裁剪成的梳型電極的平面超級(jí)電容器可任意折疊、卷曲成各種形狀，可滿足射頻標(biāo)簽等微功率應(yīng)用的需要。
馮新亮教授課題組開發(fā)出一系列小型化、柔性化、平面化、高性能石墨烯微型超級(jí)電容器。該課題組利用甲烷等離子體實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯薄膜的高效還原，結(jié)合微加工光刻技術(shù)和電容器組裝技術(shù)制備出超薄、柔性、全固態(tài)平面型微超級(jí)電容器。獲得的微超級(jí)電容器具有高的功率密度（495 W/cm3）和能量密度（2.5 mWh/cm3），掃描速率達(dá)到1000 V/s。該研究發(fā)現(xiàn)，增加平面交叉微電極的數(shù)目和窄化微電極的寬度，能夠顯著增加微電容器的比容量和倍率性能。通過(guò)異質(zhì)原子（硼、氮）共摻雜，可進(jìn)一步提高石墨烯薄膜的體積比容量（488 F/cm3）和掃描速率（2000 V/s）。此類石墨烯微型超級(jí)電容器能夠充分利用石墨烯二維特征和器件的平面交叉構(gòu)型，極大地縮短了電解液離子的傳輸距離，可獲得充電或者放電速度比常規(guī)電容器快1000倍以上的新型儲(chǔ)能器件，即有望在毫秒時(shí)間內(nèi)完成對(duì)特定微器件充電。
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