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Small:電荷轉移復合鹽基二維雜化結構在微型超級電容器領域取得進展
2019-07-24 10:58:17 | 【 【打印】【關閉】

  為滿足人們對消費電子產品日益增長的需求,開發高性能的柔性儲能設備對于滿足可穿戴和便捷式的電子設備的需求至關重要。目前便攜式設備主要依靠電池作為微電源,鋰薄膜電池,但是因為這種器件的功率密度相對較低(典型值<10 mW cm-3),循環壽命有限并存在與鋰有關的安全問題而得到發展的限制。作為微型儲能器件的替代品,微型超級電容器(MSC)代表一類新興的微型電化學儲能裝置,具有較高的體積功率、優異的倍率性能、較長的循環使用壽命和良好的機械穩定性。目前已經通過開發新電極材料(衍生碳、洋蔥狀碳、碳納米管、石墨烯、金屬氧化物和導電聚合物等),或者利用成熟的薄膜的制備與處理(噴墨打印,LB技術,CVD等)可以有效改善MSC的功率密度和能量密度。但是,在MSC的延展性,靈活性和潛在的性能等方面還有待改善。尤其是在交流濾波器這方面,在大多數線路供電設備中,交流線路濾波器被廣泛應用于消除直流(DC)電壓上多余的交流波紋。目前,主要使用商用鋁電解電容器(AECs)來實現這一目標,但是其電容值較低,體積較大的問題與小型化,便捷化的電子設備不兼容。而傳統的超級電容器在120 Hz頻率下,相位角為0°,表現的像是一個電阻器而不是電容器,所以設計合理的同時滿足電容性能與頻率響應的微型超級電容器仍然是一個挑戰。

  成果簡介 

  近日,上海應用技術大學和上海交通大學正在籌建的上海市工程中心 “二維軟物質研究中心(籌)”韓生教授和莊小東教授合作發表相關論文“Charge Transfer Salt and Graphene Heterostructure-Based Micro-Supercapacitors with Alternating Current Line-Filtering Performance”發表在期刊Small(影響因子10.856),第一作者為碩士研究生趙豆豆。在該文章中,作者利用激光刻蝕法成功制備了基于石墨烯和傳統電荷轉移鹽異質結構的平面內微型超級電容器(RTT-MSCs)。該類微型超級電容器的異質結結構賦予其優異的高頻快速響應,因而該微型超級電容器可以用作交流線路濾波器件,在120Hz情況下相位角可以達到73.2°,并且該電容器的弛豫時間為0.32秒在特征頻率3056 Hz。此外,該法制備的微型超級電容器具有優異的倍率性能,掃速可以達到1000 V/s。在凝膠電解質H2SO4/PVA中測試了微超級電容器的柔韌性和穩定性,經過10000次循環,微超級電容器的電容穩定性保持在98%以上,在電流密度為0.04 mA/cm2時,所制備的微型超級電容器的面積電容高達27.2 mF/cm2,相比于之前報道的微型超級電容器,在充放電性能上有明顯的提高,有望成為交流線路濾波和相應的小型化電子產品的候選材料。相關文章在線發表在Small(DOI: 10.1002/smll.201901494)。 

文章來源:MaterialsViews中國

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