蘭州化物所新型超級電容器構筑取得系列進展

　　超級電容器作為一種新型儲能器件，具有高功率密度、快速充放電、長循環壽命和更好的安全性能等優點，在消費電子產品、電動汽車啟停和工業能源管理系統等諸多領域應用廣泛。近年來，微型、柔性和智能電子產品設備蓬勃發展，這就需要構筑與之匹配的新型超級電容器（包括微型、柔性電容器和智能電容器等）來滿足其儲能需求。

　　中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室閻興斌課題組多年來致力于超級電容器材料與器件的研究。最近，他們構筑了一系列高性能新型超級電容器，包括非對稱微型電容器和高溫柔性電容器，并探索了金屬氧化物電極在特定離子液體中的電荷存儲機理；利用形狀記憶合金作為集流體，構筑了表帶狀智能超級電容器。

　　該課題組通過電化學沉積方法在叉指金電極上制備了以石墨烯量子點為負極、MnO2為正極的非對稱全固態微型超級電容器，對比研究了器件在幾種常用離子液體凝膠電解質中的電化學性能，并通過優化固態電解質組份實現了器件高的掃速(2000V/s)和小的弛豫時間常數(τ0=206.9ms)。相關工作發表在ACS Applied Materials & Interfaces (2015, 7, 25378?25389)上。

　　研究人員以導電炭布作為集流體，利用γ-FeOOH在特定離子液體中具有優異的贗電容行為和離子液體凝膠電解質本身熱穩定性好、不可燃、化學惰性和寬電壓窗口等特點，構筑了多孔炭//γ-FeOOH非對稱全固態柔性超級電容器。高溫電化學測試結果表明，當環境溫度升高到200oC時，柔性器件體積能量密度可達1.44mWh/cm3；在180oC彎折測試表明該器件具有穩定的電化學儲能特性，相關工作發表在Journal of Materials Chemistry A (2016, 4, 8316–8327)上。

　　智能手表和手環等因為將諸多不同的功能集成在一種產品上，受到了消費者的廣泛關注。然而，當下儲能器件的設計嚴重限制了能量供給能力和未來發展空間。通過提出一種將表帶與儲能器件集成到一體的策略，該課題組設計并制備了表帶型的智能柔性超級電容器。利用石墨烯涂布的鈦鎳合金片作為負極，兩步電化學沉積制備的柔性自支撐MnO2/Ni薄片作為正極，分別使用水系和離子液體凝膠電解質作為電解質隔膜，組裝得到了固態柔性超級電容器。靜態和動態的彎曲測試都證明了該器件有著優異的機械和電化學穩定性。由于使用鈦鎳合金作為集流體，器件還展示了形狀記憶能力。為了展示潛在應用性，研究人員還將制備的表帶狀的超電器件與電子表組合在一起。有趣的是，這種智能表帶不僅能夠為手表提供能量，還能保留形狀記憶特性，可以在接觸人體的時候自動的“戴”在手腕上。此外，即便表帶直接接觸皮膚，其優異的生物相容性也不會對身體造成傷害。相關工作發表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201600763)上。

　　以上工作得到了國家自然科學基金、蘭州化物所“一三五”重點培育項目的資助和支持。

MnO2/石墨烯量子點微型電容器在離子液體凝膠中的電化學性能

高溫柔性電容器的構筑及其電容增強機制

表帶型超級電容器具有形狀記憶特性并且在彎曲時有著優異的電化學穩定性