大连石墨烯基柔性化、微型化超级电容器研究取得新进展

近日，中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)吴忠帅研究员团队在柔性化、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(DOI: 10.1002/adma.201602960)。

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，智能化电子产品的不断出现，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，解决他们的动力问题。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(flexible phone)原型和智能化手表(smart watch);2013年谷歌公司开发出智能化谷歌眼镜(Google glass)，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(flexible smart phone)和智能化健康跟踪器(smart health tracker);2014年Intel公司开发出智能化的耳机(smart headset)等商业化民用产品，以及一些有军事用途的微系统，如微型直升飞机等。

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(Micro-Supercapacitors)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。石墨烯已被证明是一种极具前景的高性能超级电容器电极材料，不仅仍有很大的研究空间和突破的可能，而且有望较快实现其工业应用。为了发展高性能的微型超级电容器，该团队吴忠帅博士在前期研究中已开发出一系列小型化、柔性化、平面化、高性能石墨烯微型超级电容器。例如，利用甲烷等离子体还原技术和光刻微加工技术相结合成功地制备出石墨烯基高功率平面微型超级电容器(Nat. Commun. 2013, DOI: 10.1038/ncomms3487);采用层层自组装氧化石墨烯与多聚赖氨酸，并在层间插入硼酸，经高温处理获得氮硼共掺杂的石墨烯薄膜应用于高体电容和倍率性能的微型超级电容器(Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201401228);利用交替堆叠的方法制备出高致密、高导电性聚合物/石墨烯、活化石墨烯/石墨烯薄膜材料应用于高比能量微型柔性超级电容器(Adv. Mater. 2015, DOI: 10.1002/adma.201501643);利用喷涂方法制备出石墨烯导电聚合物(PEDOT:PSS)薄膜应用于超薄、可打印，并具有交流线性滤波功能的超级电容器(Adv. Mater. 2015, DOI: 10.1002/adma.201501208)。此类石墨烯微型超级电容器能够充分利用石墨烯二维特征和器件的平面交叉构型，极大地缩短了电解液离子的传输距离，可获得充电或者放电速度比常规电容器快1000倍以上的新型储能器件，即有望在毫秒时间内完成对特定微器件充电。因此，这些柔性化、微型化超级电容器在未来新概念、智能化电子器件显示出重要的应用前景(Natl Sci. Rev. 2014, DOI : 10.1093/nsr/nwt003)。

该工作得到了国家重点研究计划、国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金等项目的资助。