Advanced Functional Materials:激光刻写一步制备出高度集成化微型超级电容器

微型化、柔性化、集成化电子器件的快速发展,极大刺激了人们对集成化微型储能器件的需求。微型超级电容器由于具有充放电速率快,功率密度高,循环寿命好等优点,被认为是一种极有竞争力的微型功率源。然而,单个微型超级电容器的输出电压和电流有限,难以满足电子器件的应用需求,因此在实际中通常需要将多个超级电容器进行串联和(或)并联集成来提高电压和(或)电流。近年来石墨烯等纳米材料的发展和微加工技术的进步显著提高了微型超级电容器的性能,并赋予了其丰富的功能性。然而,电极材料合成,微型超级电容器单体构筑和多个微型超级电容器的集成一般由多个分离的步骤构成,大大增加了制作过程的复杂度。因此,需要开发简单高效的集成化微型超级电容器制备方法。

基于此,中科院大连化学物理研究所吴忠帅研究员(通讯作者)等人采用激光热解聚酰亚胺制备图案化石墨烯薄膜的方法,一步实现了微型超级电容器电极材料的制备,单体的构建和多个微型超级电容器的自集成,大大简化了制作流程,显著提高了集成器件的整体性。根据不同的实际应用需求,不仅可以对集成化微型超级电容器的形状和大小进行有效调控,而且能够实现任意数量平面微型超级电容器的串并联集成,有效定制输出电压和电流。由于集成化超级电容器的集流体、电极和连接体组成相同且一步制得,所得器件具有良好的一体性、柔韧性和性能一致性。此外,在离子液体电解液中该器件表现出出色的高温稳定性,可在100 oC稳定工作。相关成果以“One‐Step Scalable Fabrication of Graphene‐Integrated Micro‐Supercapacitors with Remarkable Flexibility and Exceptional Performance Uniformity”为题,在线发表在Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.201902860)上。

该工作一步实现了从电极材料制备、单个微型超级电容器构建到多个微型超级电容器一体化自集成的技术过程,大大简化了集成化微型超级电容器的制作流程,并拓宽了潜在应用场景,未来有望被用作可穿戴电子、贴片式健康监测器件等的功率源。