中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)高能量密度柔性超級(jí)電容器

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在二維類(lèi)石墨烯研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究人員利用新型無(wú)機(jī)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(jí)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(lái)，由于便攜式電子器件突飛猛進(jìn)的發(fā)展，柔性薄膜型儲(chǔ)能器件能夠?qū)崿F(xiàn)能量供給的同時(shí)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(lèi)石墨烯材料在構(gòu)建柔性超級(jí)電容器表現(xiàn)出強(qiáng)勁優(yōu)勢(shì)，但是目前高電化學(xué)活性的電極材料的進(jìn)展依然不盡人意，無(wú)法滿足目前薄膜型超級(jí)電容器對(duì)高能量密度的迫切需求。

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，中國(guó)科大謝毅教授課題組與美國(guó)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(jì)二維雜化組裝薄膜來(lái)構(gòu)筑柔性超級(jí)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(jí)電容器。研究人員通過(guò)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(wèn)題，他們通過(guò)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(guò)層層組裝形成薄膜電極，這樣組裝出薄膜的電導(dǎo)率達(dá)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(gè)數(shù)量級(jí)。新設(shè)計(jì)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(wèn)題，因此構(gòu)建出的柔性薄膜型超級(jí)電容器的比容量高達(dá)8360.5 μF?cm-2，能量密度達(dá)1.7 mWh?cm-2，功率密度達(dá)5.2 mW?cm-2，是目前為止*能量密度的柔性超級(jí)電容器。

　　該項(xiàng)研究對(duì)于推動(dòng)能源存儲(chǔ)領(lǐng)域進(jìn)展具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，也為研究尺度受限的二維超薄結(jié)構(gòu)的電性能開(kāi)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(lè)樂(lè)同學(xué)是科大2008級(jí)本科生。

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