站立石墨烯微型超级电容器研究获进展

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2017-04-06 16:30

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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研究员吴忠帅与中科院院士包信和、中科院物理研究所研究员郭丽伟合作，采用高温热解SiC法制备出高堆叠密度、单取向阵列、直接键合基底的站立石墨烯，并将其应用于高功率微型超级电容器。相关研究成果发表在ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.7b00553）上。

多功能集成电路的不断发展增加了对小型化、集成化微纳储能系统的需求。微型超级电容器因具有轻量化、厚度薄、体积小、高功率密度、长循环寿命和快速频率响应等优点，受到广泛关注。其中，设计和构筑非常规、结构有序定向、高离子-电子混合导电、强界面键合的电极材料是发展高功率储能器件重要的研究方向之一。

该研究团队利用高温热解SiC基底方法制备出高堆叠密度、高导电、单一取向的站立石墨烯阵列。与传统电极材料相比，该阵列直接生长在导电SiC基底上，在电极材料与集流体之间形成较强的界面键合作用，并建立了有效的离子和电子传输通道。电解液离子可沿着站立石墨烯平面无障碍快速移动，有效缩短了电解液离子路径，同时，电子从石墨烯平面到集流体实现了快速传输及其存储。采用该阵列的微型超级电容器在凝胶和离子液体电解液中均表现出较高的面容量、快速的频率响应（9毫秒）、优异的循环稳定性以及超高扫描速率（200V/s）。该超级电容器功率密度达到61W/cm3，理论上可为小型化、集成化电子设备提供足够的峰值功率。上述工作为发展强界面键合电极材料应用于高功率超级电容器提供了新方法。