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清华/北科大《ACS Nano》:空间交错石墨烯超级电容器,可穿戴电子设备
出处:材料分析与应用  录入日期:2022-08-04  点击数:107

  1成果简介
  蓬勃发展的便携式电子产品市场对开发具有机械柔性和有限区域高功率密度的超级电容器提出了巨大的需求;然而,目前受限于厚度的夹层设计或具有有限机械特征的平面内叉指配置仍然不能满足这一要求。本文,清华大学程虎虎助理研究员、曲良体教授团队与北京科技大学Yan Li等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Spatial-Interleaving Graphene Supercapacitor with High Area Energy Density and Mechanical Flexibility”的论文,研究首先设计和构建了空间交错超级电容器(SI-SC),其中石墨烯微电极在三维(3D)空间内逐层反向堆叠。
  由于每个微电极与四个反微电极匹配良好,并且所有3D空间交错微电极都具有狭窄的间隙,从而保持整个器件中的有效离子传输,因此该SI-SC具有显著的线性电容随着器件厚度的增加而增加。因此,在100μm厚的器件上实现36.46mF cm–2 和5.34μWh cm–2能量密度。特别是每一层的微电极相互交叉,保证了SI-SC出色的机械柔韧性,经过10^4次弯曲测试后性能保持率约为98.7%,实现了高面积能量密度和有限区域内机械柔韧性的完美结合. 此外,SI-SC单元可以轻松集成到可穿戴电子设备中,为手表、发光二极管 (LED)、计算器等提供实际应用。
  2图文导读 

 

  图1. 夹层平面内叉指型超级电容器与空间交错 SI-SC 的架构比较。三明治和平面型超级电容器的示意图。

 

  图2. SI-SC 的制造和表征

 

  图3. SI-SC 10的电化学性能。

 

  图4. 不同架构的 SI-SC 的电化学性能。

 

  图5.SC-MS10的应用
  3小结
  总之,基于空间交错设计和 3D 空间内的反向堆叠微电极(包括超级电容器)展示了机械柔性和100μm厚的SI-MS10。这项工作在超级电容器上开发了一种空间交错配置,这将为开发具有高面能量密度和优异机械性能的未来可穿戴电源提供一种策略。
  文献:

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