一種新概念的全固態(tài)柔性平面鋰離子微型電容器

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員吳忠?guī)浂S材料與能源器件研究組團隊與中科院院士包信和團隊及清華大學深圳研究生院副教授賀艷兵合作，開發(fā)出一種具有高能量密度、良好柔性、優(yōu)異高溫穩(wěn)定性及高度集成化的全固態(tài)平面鋰離子微型電容器。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《能源和環(huán)境科學》（Energy Environ. Sci.）上。近年來，可穿戴、便攜式電子設備以及微機電系統(tǒng)（如微型機器人、微型傳感器）正朝著輕薄短小、多功能集成的方向快速發(fā)展，極大地促進了現(xiàn)代社會對于高功率密度、高能量密度、柔性化、模塊化集成等特征的微型儲能器件的需求。傳統(tǒng)鋰離子電容器由于具有鋰離子電池的高能量密度，又具有超級電容器的高功率密度而備受關(guān)注。

然而，其三明治堆疊結(jié)構(gòu)的器件構(gòu)型極大地限制了其機械柔性、高溫性能以及模塊化集成能力。

最近，該研究團隊在國際上率先開發(fā)出一種新概念的全固態(tài)柔性平面鋰離子微型電容器。該微型電容器以高導電石墨烯為集流體，以高電壓離子凝膠作為電解質(zhì)，以納米鈦酸鋰為負極和活化石墨烯為正極構(gòu)筑出高離子電子傳導的平面交叉指型微電極，進而在一個基底上組裝出全固態(tài)鋰離子微型電容器。

該鋰離子微型電容器具有高能量密度53.5 mWh/cm3，高于目前報道的鋰薄膜電池和微型超級電容器。同時，該鋰離子微型電容器具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，6000次循環(huán)后電容保持率為98.9％；具有高溫電化學穩(wěn)定性，能在80 °C條件下穩(wěn)定工作；以及具有優(yōu)異的機械柔性，在各種彎曲和扭曲狀態(tài)下達到性能基本沒有衰減。

此外，該鋰離子微型電容器表現(xiàn)出良好的模塊化集成能力，無需金屬連接體，可有效調(diào)控輸出的工作電壓和容量。因此，該工作為開發(fā)柔性化、小型化、智能化儲能器件提供了新的策略。

上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、國家青年千人計劃等項目的資助。