忆阻器集成的具有稳压效应的超级电容器系统

AM

随着科技不断飞速地发展,人类对高性能多功能集成器件产生了迫切的需求。创新性的集成系统不仅能够避免空间和能量的浪费,而且通过多种器件的集成化能够获得新的特性,从而有利于实现未来电子与光电子器件的尺寸最小化和功能最大化。作为新型能源存储器件之一的超级电容器凭借高功率密度、长循环寿命和高安全性等优势而获得广泛的关注。但超级电容器在放电使用过程中的电压会出现显著降低,因而造成它不能稳定地驱动其他电子/光电子器件。为解决这一问题,需要将超级电容器与稳压元件连接来获得稳压特性。遗憾的是,现有的稳压系统普遍存在一些不足之处,如需要繁杂的电路、较高的成本以及较复杂的制备过程等。新兴的忆阻器被誉为第四种基本电路元件,具有对电阻的时间记忆特性。

针对这一问题,中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室沈国震研究员课题组,利用忆阻器对电阻的时间记忆特性,提出了将忆阻器与超级电容器集成,成功地实现了一种新型的具有稳压特性的超级电容器系统

在这项工作中,该团队首先采用纳米压印技术构建了基于PCBM的柔性超级电容器,所得到的器件显示出良好的循环寿命(1000次循环的容量衰减率为6.4 %)、提升的电容值(33 mF cm-2)和稳定的机械稳定性和较高的柔性。由于没有稳压单元,这种柔性超级电容器在放电过程显示了显著的电压降低现象。为解决这一问题,研究人员将其与基于SnO2纳米颗粒薄膜的忆阻器集成到一起,所得到的超级电容器系统显示了明显改善的压降特性,在200秒的放电过程中表现出极低的电压降低现象(约0.06 V),这揭示出了这种新型的超级电容器系统拥有较好的稳压特性。

该工作通过简单的集成实现了具有稳压效应的超级电容器,有望在轻质、便携、柔性、可穿戴器件中得到广泛的应用。