石墨烯基柔性化、微型化超级电容器

近日，中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组吴忠帅（点击查看介绍）研究团队在柔性化、微型化石墨烯基超级电容器的研究方面取得新进展，成功获得了二维噻吩纳米片与石墨烯叠层结构复合薄膜，并应用于高性能、柔性化、微型化超级电容器。相关的研究成果发表在Advanced Materials杂志上。

近年来，随着高度集成化、轻量便携化、可穿戴式、可植入式等新概念，柔性化、智能化电子产品不断出现，迫切需要开发与其高度兼容的具有高储能密度、柔性化、功能集成化的微纳储能器件，为其提供功率源，解决它们的动力问题。目前市场上已涌现的一些新概念、柔性化、智能化的电子产品元件和产品，例如2011年Nokia公司和2013年Samsung公司相继推出概念性、可弯折柔性化手机原型和智能化手表；2013年谷歌公司开发出智能化谷歌眼镜，可以随时随地进行信息收集、存储与发射；2013年和2015年LG公司制造出柔性化、智能化的手机和智能化健康跟踪器；2014年Intel公司开发出智能化的耳机等商业化民用产品。

作为微纳储能器件研究领域的前沿研究方向之一，微型超级电容器不仅能够解决微型电池功率密度低、电解电容器能量密度不高的问题，而且有望作为新一代的微量能量与功率源，与微纳电子器件直接融合集成。最近，中科院大连化学物理研究所团队首次利用噻吩（TP）纳米片和电化学剥离的石墨烯（EG）制备出堆叠层异质结复合薄膜（TP/EG），并将其应用于高倍率、柔性化全固态超级电容器（TP/EG-ASSSs）和微型超级电容器（TP/EG-MSCs）。该团队发展了一种逐层真空过滤的方法，依次交替沉积电化学剥离的石墨烯纳米片和具有高氧化还原性的噻吩纳米片，先获得堆叠层异质结薄膜，再将所制备的薄膜直接转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性基底上，并用作柔性超级电容器的无粘合剂和无添加剂电极。所制成的全固态超级电容器TP/EG-ASSSs的面积比电容约为3.9 mF/cm²，体积比电容约为375 F/cm³，能量密度为13 mWh/cm³，功率密度为776 W/cm³。同时，所制成的微型超级电容器TP/EG-MSCs具有超高倍率的性能，能够在高至1000 V/s的倍率下工作。另外，这种超柔性的TP/EG-MSCs在不同的弯曲状态下都具有很稳定的电化学性能。这些柔性化、微型化超级电容器在未来的新概念、智能化电子器件显示出重要的应用前景。

该工作得到了国家青年千人计划、国家重点研究计划、国家和辽宁省自然科学基金等项目的资助。

该论文作者为: Zhong-Shuai Wu,* Yijun Zheng, Shuanghao Zheng, Sen Wang, Chenglin Sun, Khaled Parvez, Taichi Ikeda, Xinhe Bao, Klaus Müllen, Xinliang Feng

原文：

Stacked-Layer Heterostructure Films of 2D Thiophene Nanosheets and Graphene for High-Rate All-Solid-State Pseudocapacitors with Enhanced Volumetric Capacitance

Advanced Materials, 2016, DOI:10.1002/adma.201602960

吴忠帅研究员简介

吴忠帅，中国科学院大连化学物理研究所研究员，二维材料与能源器件研究组组长，国家青年千人计划。2011年在中科院金属研究所获博士学位；2011年至2015年在德国马普高分子研究所从事博士后研究工作。2015年6月起，就职于中科院大连化学物理研究所。

吴忠帅研究员长期从事石墨烯等二维材料的制备及其在能源储存与转化等应用领域的研究。已在Adv. Mater、Nat.Commun.、JACS、ACS Nano、Energy Storage Mater.等期刊上发表论文48篇（IF>10的论文27篇），已被SCI他用10000次，ESI高被引论文“Highly Cited” 21篇。第一作者单篇最高被SCI引用1278次，获近十年“十大中国高被引科技论文”。多篇论文被Materials Views、EurekAlert!、科学网、ACS网站、中科院之声等平台报道。曾获IOP“Outstanding Reviewer Awards 2016”、《Energy Storage Materials》2016“Excellent Reviewer Award”、2016年辽宁省百千万人才工程-千人层次、张大煜青年学者、《National Science Review》杂志“2015 Best Paper”奖、2015年度辽宁省自然科学奖一等奖（排名第四）、2015年大连市引进高层次人才—地方级领军人才、《Carbon》2013/2014年“Excellence in Review Award”、“Distinguished Winner of the Carbon Journal Prize 2013”、“中国科学院优秀博士学位论文”、以及“中国科学院院长特别奖”等奖。长期应邀评审Chem.Soc.Rev.、Energy Environ.Sci.、Adv.Mater.、JACS、Angew.Chem.Int.Ed.、Adv.Energy Mater.、Energy Storage Mater.、2D Materials、Sci.Rep.、Small、Chem.Mater.等杂志上的论文。

http://www.x-mol.com/university/faculty/26723

团队介绍

吴忠帅研究员所带领的二维材料与能源器件研究组成立于2015年6月，现有博士后4名，博士/硕士研究生4名，科研助理1名。定位是以应用为导向的能源基础研究，面向世界科技前沿，主要致力于二维材料设计和功能集成及其微纳能源器件研究。近期研究方向包括:（1）石墨烯和其它二维材料的高效宏量制备方法；（2）二维纳米材料可控有序组装、结构调控和复合的新方法；（3）二维材料在能源存储与转化等领域的应用，如超级电容器、锂离子/锂硫电池、燃料电池；（4）柔性化、小型化、平面化等特征高性能新型储能器件；（5）结合各种原位表征技术和理论计算探讨在电化学过程中的储能机理等基础科学问题。

在此，吴忠帅研究员诚挚邀请有志青年（博士后、博士/硕士研究生）加入他们团队，勇于创新、务实、自由、协作、共同探索充满挑战的二维材料与能源器件的世界！

课题组主页：http://www.zswu.dicp.ac.cn