成果简介
随着智能机器人和可穿戴电子设备的不断发展，对高性能柔性储能设备的需求急剧增加。本文，西安交通大学罗国希 副教授、李敏 助理教授、Chen Jia等研究人员在《Microsystems & Nanoengineering》期刊发表名为“Facile assembly of flexible, stretchable and attachable symmetric microsupercapacitors with wide working voltage windows and favorable durability”的论文，研究通过将激光直写石墨烯（LG）电极与磷酸-非离子表面活性剂液晶（PA-NI LC）凝胶电解质相结合，开发出了可在宽工作电压窗口工作的柔性对称微型超级电容器（MSC）。为了增加 MSC 器件的柔性并提高其与各向异性表面的保形能力，在聚酰亚胺（PI）薄膜表面形成相互咬合的石墨烯后，进一步将器件转移到柔性、可拉伸和透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上；该基底在弯曲测试中显示出良好的柔性和机械特性。
此外，还评估了不同电极宽度（300、400、500 和 600 微米）的对称 MSC 的电化学性能。研究结果表明，对称 MSC 器件可在较大的电压范围（0-1.5 V）内工作；此外，电极宽度为 300 μm 的器件（MSC-300）在 0.07 mA cm-2 的条件下显示出 2.3 mF cm-2 的最大面积电容，在 55.07 μW cm-2 （27.54 mW cm-3）的条件下显示出 0.72 μWh cm-2 （0.36 mWh cm-3）的面积（体积）能量密度，以及良好的机械和循环稳定性。两个串联的 MSC-300 器件在充电约 20 秒后，可为一台计算器提供约 130 秒的能量，显示了其作为储能器件的实际应用潜力。此外，该装置还显示出良好的可逆性、稳定性和耐用性。在室温空气中老化 12 个月后，其电化学性能未发生变化，在 0.07 mA cm-2 下进行 5000 次充放电测量后，仍保留了约 93.6% 的等面积电容；这些结果证明了其作为储能装置的长期实际应用潜力。
图文导读
图1：基于LG的对称MSC器件的制备。
图2：LG电极的表征。
图3：基于LG的对称MSC电极的表征。
图4：使用PA-NI LC凝胶电解质对称LG基MSCs的电化学测量
图5：实际应用测试。
图6：MSC-300 器件在空气中老化 12 个月后的电化学测量。
小结
总之，通过一种简便省时的激光制备方法，制备出了对称间充质干细胞的互插石墨烯电极。在 PA-NI LC 凝胶电解质的帮助下，对称 MSC 器件显示出较大的工作电压窗口，达到 1.5 V；这是对称器件的一个显著改进。研究人员探讨了电极宽度（300、400、500 和 600 μm）对器件电化学性能的影响，以实现结构优化；结果表明，电极宽度最小的 MSC-300 器件具有最大的均方电容和均方（体积）能量密度（0. 72 μWh cm-2 (0.36 mWh cm-3) at 55.07 μW cm-2 (27.54 mW cm-3); 这些值分别大于同一器件在 0-1.2 V 电压范围内记录的 0.44 μWh cm-2 (0.22 mWh cm-3) at 12.18 μW cm-2 (6.09 mW cm-3) 的值。对该装置的实际应用能力进行了评估，该装置可为计算器提供能量，在较短的充电时间（约 20 秒）内工作约 130 秒。此外，MSC 器件显示出良好的循环稳定性、耐用性和机械稳定性。所有研究结果都表明，制备的 MSC 器件作为储能器件前景广阔。
文献：https://doi.org/10.1038/s41378-024-00742-0
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