刘万生 郑双好 赵雪君

 

中科院大连化物所全固态柔性平面锂离子微型电容器取得新进展

 

 

 

近日，大连化物所吴忠帅研究员的二维材料与能源器件研究团队与包信和院士团队及清华大学深圳研究生院贺艳兵副教授合作，开发出一种具有高能量密度、良好柔性、优异高温稳定性及高度集成化的全固态平面锂离子微型电容器。相关研究成果发表在《能源和环境科学》（Energy Environ. Sci.）上。

 

近年来，可穿戴、便携式电子设备以及微机电系统（如微型机器人、微型传感器）正朝着轻薄短小以及多功能集成的方向快速发展，极大的促进了现代社会对于高功率密度、高能量密度、柔性化、模块化集成等特征的微型储能器件的需求。传统锂离子电容器由于具有锂离子电池的高能量密度又具有超级电容器的高功率密度而备受关注。然而，其三明治堆叠结构的器件构型却极大地限制了其机械柔性、高温性能以及模块化集成能力。

 

最近，研究团队在国际上率先开发出一种新概念、无需金属集流体和传统隔膜的高性能全固态柔性平面锂离子微型电容器。该微型电容器以高导电石墨烯为集流体，以高电压离子凝胶作为电解质，以纳米钛酸锂为负极和活化石墨烯为正极构筑出高离子电子传导的平面交叉指型微电极，进而在一个基底上组装出全固态锂离子微型电容器。该锂离子微型电容器具有高能量密度53.5 mWh cm-3，高于目前报道的锂薄膜电池和微型超级电容器。同时，该锂离子微型电容器具有优异的循环稳定性，6000次循环后电容保持率为98.9％；高温电化学稳定性，能在80 oC条件下稳定工作；以及优异的机械柔性，在各种弯曲和扭曲状态下性能基本没有衰减。此外，该锂离子微型电容器表现出良好的模块化集成能力，无需金属连接体，可有效调控输出的工作电压和容量。

 

本课题研究工作为开发柔性化、小型化、智能化储能器件提供了新的策略。