中國科大實現(xiàn)高能量密度柔性超級電容器

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室在二維類石墨烯研究領(lǐng)域取得新進展。研究人員利用新型無機二維超薄結(jié)構(gòu)構(gòu)建了高氧化還原電位且*能量密度的柔性平面超級電容器。該研究成果在線發(fā)表在9月12日出版的Nature Communications雜志上。

　　近年來，由于便攜式電子器件突飛猛進的發(fā)展，柔性薄膜型儲能器件能夠?qū)崿F(xiàn)能量供給的同時兼具柔性、超薄甚至透明特性而廣受關(guān)注。盡管超薄二維石墨烯/類石墨烯材料在構(gòu)建柔性超級電容器表現(xiàn)出強勁優(yōu)勢，但是目前高電化學(xué)活性的電極材料的進展依然不盡人意，無法滿足目前薄膜型超級電容器對高能量密度的迫切需求。

　　針對上述挑戰(zhàn)，中國科大謝毅教授課題組與美國德克薩斯大學(xué)-*分校余桂華教授合作，提出了利用具有高電化學(xué)活性的磷酸二維超薄結(jié)構(gòu)設(shè)計二維雜化組裝薄膜來構(gòu)筑柔性超級電容器的新途徑，獲得了氧化還原電位(~1.0V)接近純水電化學(xué)窗口電壓(1.23V)的贗電容柔性平面超級電容器。研究人員通過選擇性溶劑超聲，制備出具有幾層原子厚度的磷酸超薄二維結(jié)構(gòu)。為了解決具有電學(xué)絕緣性的磷酸在電極中的電子傳導(dǎo)問題，他們通過氫鍵作用使二維超薄磷酸集成在石墨烯片層之上形成二維雜化結(jié)構(gòu)，再將這種二維雜化結(jié)構(gòu)通過層層組裝形成薄膜電極，這樣組裝出薄膜的電導(dǎo)率達1.6′10-1 W?cm，比純的二維磷酸超薄薄膜的電導(dǎo)率提高了8個數(shù)量級。新設(shè)計的組裝結(jié)構(gòu)不僅體現(xiàn)了磷酸的高電化學(xué)活性，又解決了薄膜電極的導(dǎo)電性問題，因此構(gòu)建出的柔性薄膜型超級電容器的比容量高達8360.5 μF?cm-2，能量密度達1.7 mWh?cm-2，功率密度達5.2 mW?cm-2，是目前為止*能量密度的柔性超級電容器。

　　該項研究對于推動能源存儲領(lǐng)域進展具有重要的科學(xué)意義和實用價值，也為研究尺度受限的二維超薄結(jié)構(gòu)的電性能開辟了新的途徑。

　　該論文的*作者為博士生盧秀麗同學(xué)，另一重要參與者彭樂樂同學(xué)是科大2008級本科生。

　　該工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部重大研究計劃和中國科學(xué)院先導(dǎo)項目的資助。