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隊與中科院院士包信和團隊及清華大學(xué)深圳研究生院副教授賀艷兵合作，開發(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，可穿戴、便攜式電子設(shè)備以及微機電系統(tǒng)(如微型機器人、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，極大地促進了現(xiàn)代社會對于高功率密度、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械柔性、高溫性能以及模塊化集成能力。

最近，該研究團隊在國際上率先開發(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，進而在一個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，高于目前報道的鋰薄膜電池和微型超級電容器。同時，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)異的機械柔性，在各種彎曲和扭曲狀態(tài)下達到性能基本沒有衰減。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，該工作為開發(fā)柔性化、小型化、智能化儲能器件提供了新的策略。

上述工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、國家青年千人計劃等項目的資助。