我国皮肤型超级电容器研究取得新进展

发布日期：2017-03-14 来源：中科院网站点击数：18005

近年来，随着柔性可穿戴电子学的蓬勃发展，皮肤型电子器件的研究和制备已成为该领域的焦点之一。为了构筑一体化的电子系统，人们迫切需要一型的柔性、超薄、轻量化的皮肤型能量存储装置。超级电容器作为一种新型的储能器件，引起了研究者们的广泛关注，然而传统的薄膜型超级电容器厚度一般在20μm以上，无法满足柔性和皮肤电子学器件的实际要求。此外，该类超级电容器多采用金属集流极和衬底，由于集流极多为脆性材料，价格高昂，且器件必须依附衬底，无法实现大角度弯折，因此现有器件难以应用于柔性便携电子学，特别是皮肤电子学领域。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）先进材料与结构分析实验室“纳米材料与介观物理”研究小组，多年来一直致力于碳纳米结构的制备、物性与应用基础研究，近年来在碳纳米材料基柔性储能器件领域取得了系列成果。最近，该课题组研制出一种柔性、超薄、自支撑、高性能的皮肤型超级电容器。

他们利用直接生长的碳纳米管薄膜与PEDOT进行复合，并对其负载量和电化学性能进行优化。得益于大量“Y型结”构成的连续网络结构，该复合薄膜具有高达～1600 S cm-1的电导率和～300 MPa的力学强度，有助于皮肤型器件的构筑。提出一种基于衬底表面能差异的分步分离技术，实现了器件和衬底的无损分离，构筑出厚度约为1μm的超薄器件。经测试，这种皮肤型超级电容器的比电容为56 F g-1（相对于两电极质量），能量密度为6.0 W h kg-1，功率密度为332 kW kg-1，响应时间为5.4 ms，此外器件还可耐受105次的弯折。相对于其它薄膜器件，该皮肤型超级电容器在比电容量、功率密度、响应时间上均体现出显著优势，有望应用于柔性可穿戴电子学和皮肤电子学等领域。相关研究得到了科技部、国家自然科学基金委和中科院的支持。