電工所制備出具有高電位窗口的柔性固態(tài)超級(jí)電容器

    日前，中國(guó)科學(xué)院電工研究所超導(dǎo)與能源新材料研究部馬衍偉課題組采用多級(jí)次石墨烯復(fù)合電極與離子液體凝膠聚合物電解質(zhì)，首次開發(fā)出具有3.5V電壓窗口的高能量密度柔性固態(tài)超級(jí)電容器。研究人員通過(guò)調(diào)控電極的微觀結(jié)構(gòu)和引入離子液體凝膠電解質(zhì)，成功制備出具有寬電壓窗口的柔性固態(tài)超級(jí)電容器，有效提升了器件的能量密度。該研究為今后提高柔性固態(tài)超級(jí)電容器的能量密度提供了一種有效策略。

    該研究采用的多級(jí)次石墨烯復(fù)合電極由石墨烯和碳化的聚苯胺納米線組成，這種復(fù)合電極材料不僅實(shí)現(xiàn)了一維納米材料和二維納米材料的多維度復(fù)合，還具有豐富的納米孔道結(jié)構(gòu)，有利于大尺寸的離子液體電解質(zhì)離子在材料內(nèi)部的擴(kuò)散與存儲(chǔ)。此外，該復(fù)合材料還具有2416 m2/g的大比表面積和7246 S/m的優(yōu)異導(dǎo)電率，特別適合作為有機(jī)體系的超級(jí)電容器的電極材料。基于該電極材料和離子液體凝膠電解質(zhì)薄膜組裝的柔性固態(tài)超級(jí)電容器展現(xiàn)出高比電容（180 F/g）和良好的倍率性能，以及優(yōu)異的能量密度（75Wh/kg）。充放電10000次循環(huán)后，容量仍然可以保持85%以上。此外，通過(guò)原位測(cè)試反復(fù)彎折狀態(tài)下的電容性能，發(fā)現(xiàn)該柔性固態(tài)超級(jí)電容器顯示了良好的耐彎折性能，連續(xù)彎折1000次后容量仍可以保持88%。這表明該柔性固態(tài)超級(jí)電容器不僅具有良好的電化學(xué)性能，還展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)耐彎折性能。

    該研究是電工所團(tuán)隊(duì)與西南石油大學(xué)教授葛性波合作完成，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于國(guó)際期刊《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater, 2017, DOI: 10.1002/adfm.201704463）。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市科委、中科院青促會(huì)和電工所創(chuàng)新人才引進(jìn)計(jì)劃的大力支持。