下一代微型儲(chǔ)能設(shè)備，柔性平面微型超級(jí)電容器興起

發(fā)布時(shí)間：

2022-08-22

柔性平面微型超級(jí)電容器 (MSCs) 作為微型儲(chǔ)能設(shè)備特別具有優(yōu)勢(shì)，具有極大的靈活性和集成性。

在ACS Applied Nano Materials雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，提出了一種有效的激光直寫 (LDW) 方法，使用原位生產(chǎn)的 NiO 納米顆粒附著在氮摻雜激光誘導(dǎo)石墨烯 (NiO/NLIG ) 上形成柔性平面微型超級(jí)電容器。 ) 復(fù)合電極。

柔性平面微型超級(jí)電容器的興起

靈活便攜的微型儲(chǔ)能設(shè)備在生產(chǎn)下一代電子設(shè)備方面變得越來越重要。
微型超級(jí)電容器 (MSC) 因其重量輕、充電和放電速度快、能量密度高和循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異而在小型柔性電子系統(tǒng)中顯示出巨大的前景
柔性MSC分為兩種主要類型：平面型和夾層型MSC。柔性平面間充質(zhì)干細(xì)胞是用叉指作為集電器開發(fā)的，電解質(zhì)覆蓋在電極表面和間隙上。
這些靈活的平面 MSC 易于集成，是下一代微型儲(chǔ)能系統(tǒng)的候選者。
柔性平面微型超級(jí)電容器相對(duì)于傳統(tǒng)的夾層型 MSCs 最顯著的優(yōu)勢(shì)是電隔離互連電極之間的小間隙，這有效地消除了對(duì)隔膜的要求，并使柔性平面微型超級(jí)電容器與各種電子元件的集成更容易.

通過電極圖案化生產(chǎn)平面微型超級(jí)電容器

開發(fā)柔性平面微型超級(jí)電容器的一個(gè)關(guān)鍵方法是電極圖案化。主要目標(biāo)是使用高效、廉價(jià)和環(huán)保的微納米加工技術(shù)在柔性平臺(tái)上安裝圖案化電極。
光刻和等離子蝕刻方法通常需要定制掩模和特定的處理?xiàng)l件，導(dǎo)致耗時(shí)且昂貴的程序。因此，這些方法并不總是具有可擴(kuò)展性和普遍適用性。
同樣，噴墨印刷和絲網(wǎng)印刷對(duì)稀釋的噴墨油墨和絲網(wǎng)印刷漿料有特定的標(biāo)準(zhǔn)，限制了可用電極材料的范圍。
激光直寫 (LDW) 是一種非常有效的處理方法，使用脈沖或連續(xù)激光在非真空環(huán)境中生產(chǎn)無掩模、快速、單步劃線圖案化電極。

石墨烯傳統(tǒng)制造技術(shù)的問題

納米粒子因其獨(dú)特的特性而被廣泛用于儲(chǔ)能系統(tǒng)。石墨烯由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性和大的比面積，在超級(jí)電容器的電化學(xué)儲(chǔ)能方面具有良好的應(yīng)用前景。
通過現(xiàn)有技術(shù)制造的石墨烯具有不同的缺點(diǎn)。機(jī)械剝離導(dǎo)致石墨烯片的尺寸小且形狀不規(guī)則。CVD技術(shù)需要復(fù)雜的制備過程和增加的成本。氧化還原方法會(huì)導(dǎo)致石墨烯的理想先天性能劣化，并且由于化學(xué)廢物的過度排放而對(duì)環(huán)境造成破壞。
這些缺點(diǎn)限制了石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。

激光誘導(dǎo)石墨烯

激光誘導(dǎo)石墨烯 (LIG) 為石墨烯的合成和應(yīng)用提供了獨(dú)特的途徑。各種聚合材料，如聚醚酰亞胺、布、木材和紙也可用于制造激光誘導(dǎo)的石墨烯。
激光誘導(dǎo)石墨烯具有標(biāo)準(zhǔn)石墨烯的所有優(yōu)點(diǎn)，例如出色的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、大的比面積和卓越的機(jī)械特性。此外，它有助于生產(chǎn)用于柔性平面微型超級(jí)電容器的石墨烯圖案電極。
然而，這些面內(nèi)激光誘導(dǎo)的石墨烯MSC通常是雙電層電容器，由于石墨烯的特性，這限制了它們的能量存儲(chǔ)能力的增強(qiáng)。
將激光誘導(dǎo)的石墨烯與贗電容物質(zhì)等異質(zhì)材料摻雜以創(chuàng)建復(fù)合電極是提高基于 LIG 復(fù)合材料的柔性平面微型超級(jí)電容器電化學(xué)性能的一種特別有效的技術(shù)。

研究的重要發(fā)現(xiàn)

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)使用了一種簡便有效的激光直寫方法，使用 NiO/NLIG 復(fù)合電極制造了柔性平面微型超級(jí)電容器。
由氮摻雜 LIG 和贗電容 NiO 納米粒子制成的柔性平面微型超級(jí)電容器表現(xiàn)出顯著的電化學(xué)性能，包括高能量密度、顯著的面積比電容以及出色的循環(huán)性能和穩(wěn)定性。
與基于純 LIG 的 MSC 的雙層電容特性相比，NiO/NLIG 微型超級(jí)電容器表現(xiàn)出雙電層電容和贗電容特性。
與純 LIG 電極相比，NiO/NLIG 電極顯示出更強(qiáng)的親水性，這意味著水凝膠電解質(zhì)和水性超級(jí)電容器中電極之間的潤濕性得到改善。
基于NiO/NLIG柔性平面微型超級(jí)電容器，可以輕松實(shí)現(xiàn)高性能平面型MSC的集成和模塊化以滿足特定要求。預(yù)計(jì)這種平面 MSC 將為下一代柔性電子產(chǎn)品提供動(dòng)力。

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