Advanced Functional Materials:平面微型超级电容器的最新发展:制造、性能与应用

近年来,随着可穿戴、便携、可植入和高度集成电子设备的不断发展,人们对小型化储能设备的需求日益增长。其中,超级电容器由于具有快速充放电、高功率密度、长寿命周期等特性而备受关注。微型超级电容器(MSCs)是一种独立的能源存储器件,也是一种具有巨大潜力的小型储能设备,可作为微型电池的有益补充甚至替代器件。与传统三明治结构的超级电容器相比,平面结构MSCs的优势在于狭窄的电极间距及开放的边缘:这样的结构既无需隔膜又有利于电解质离子扩散,还可以方便地与其它元器件进行集成。因而,对于下一代小型化电子设备而言,设计和开发高能量密度的MSCs无疑是当务之急。目前,MSCs 所面临的主要挑战主要在于高效叉指电极的制备方法、新型高性能电极材料和高性能电解质(宽电化学窗口)的选择及三者之间的整合匹配。例如,为了最大限度地提高 MSCs 的性能,二维纳米片为首选的电极材料。

为了梳理思路和直面目前存在的主要问题,四川大学高分子材料工程国家重点实验室周涛教授团队和加拿大国立科学研究院能源材料所孙书会(Shuhui Sun)教授团队在Advanced Functional Materials上发表了题为“Recent Developments of Planar Micro-Supercapacitors: Fabrication, Properties, and Applications” (DOI:10.1002/adfm.201910000) 的综述文章,回顾总结了近年来平面微型超级电容器的最新研究进展。第一作者为四川大学专职博士后张集海博士。 该综述详细介绍了微型超级电容器的类别(电化学双层电容器、伪电容器、混合电容器)和组成(基材、集流体、电极材料、电解质);同时从微型超级电容器制备方法(光刻法、油墨印刷、丝网印刷、激光加工、等离子蚀刻、冲压法、3D打印)的视角,系统评述了各种方法的利弊,并比较了不同制备方法所得到MSCs的电化学性能;总结了微型超级电容器在储能装置、自供电无线传感器、交流电线路滤波、刺激响应器件等领域的应用,并对MSCs的未来发展方向进行了展望。