下一代微型儲能設備，柔性平面微型超級電容器興起
發(fā)布時間：
2022-08-22
柔性平面微型超級電容器 (MSCs) 作為微型儲能設備特別具有優(yōu)勢，具有極大的靈活性和集成性。
在ACS Applied Nano Materials雜志上發(fā)表的一項研究中，提出了一種有效的激光直寫 (LDW) 方法，使用原位生產的 NiO 納米顆粒附著在氮摻雜激光誘導石墨烯 (NiO/NLIG ) 上形成柔性平面微型超級電容器。 ) 復合電極。
柔性平面微型超級電容器的興起
靈活便攜的微型儲能設備在生產下一代電子設備方面變得越來越重要。
微型超級電容器 (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。柔性平面間充質干細胞是用叉指作為集電器開發(fā)的，電解質覆蓋在電極表面和間隙上。
這些靈活的平面 MSC 易于集成，是下一代微型儲能系統(tǒng)的候選者。
柔性平面微型超級電容器相對于傳統(tǒng)的夾層型 MSCs 最顯著的優(yōu)勢是電隔離互連電極之間的小間隙，這有效地消除了對隔膜的要求，并使柔性平面微型超級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平面微型超級電容器
開發(fā)柔性平面微型超級電容器的一個關鍵方法是電極圖案化。主要目標是使用高效、廉價和環(huán)保的微納米加工技術在柔性平臺上安裝圖案化電極。
光刻和等離子蝕刻方法通常需要定制掩模和特定的處理條件，導致耗時且昂貴的程序。因此，這些方法并不總是具有可擴展性和普遍適用性。
同樣，噴墨印刷和絲網印刷對稀釋的噴墨油墨和絲網印刷漿料有特定的標準，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)境中生產無掩模、快速、單步劃線圖案化電極。
石墨烯傳統(tǒng)制造技術的問題
納米粒子因其獨特的特性而被廣泛用于儲能系統(tǒng)。石墨烯由于其優(yōu)異的導電性和大的比面積，在超級電容器的電化學儲能方面具有良好的應用前景。
通過現(xiàn)有技術制造的石墨烯具有不同的缺點。機械剝離導致石墨烯片的尺寸小且形狀不規(guī)則。CVD技術需要復雜的制備過程和增加的成本。氧化還原方法會導致石墨烯的理想先天性能劣化，并且由于化學廢物的過度排放而對環(huán)境造成破壞。
這些缺點限制了石墨烯的大規(guī)模生產和廣泛應用。
激光誘導石墨烯
激光誘導石墨烯 (LIG) 為石墨烯的合成和應用提供了獨特的途徑。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的石墨烯。
激光誘導石墨烯具有標準石墨烯的所有優(yōu)點，例如出色的導熱性和導電性、大的比面積和卓越的機械特性。此外，它有助于生產用于柔性平面微型超級電容器的石墨烯圖案電極。
然而，這些面內激光誘導的石墨烯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能力的增強。
將激光誘導的石墨烯與贗電容物質等異質材料摻雜以創(chuàng)建復合電極是提高基于 LIG 復合材料的柔性平面微型超級電容器電化學性能的一種特別有效的技術。
研究的重要發(fā)現(xiàn)
在這項研究中，該團隊使用了一種簡便有效的激光直寫方法，使用 NiO/NLIG 復合電極制造了柔性平面微型超級電容器。
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電容器表現(xiàn)出顯著的電化學性能，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 電極顯示出更強的親水性，這意味著水凝膠電解質和水性超級電容器中電極之間的潤濕性得到改善。
基于NiO/NLIG柔性平面微型超級電容器，可以輕松實現(xiàn)高性能平面型MSC的集成和模塊化以滿足特定要求。預計這種平面 MSC 將為下一代柔性電子產品提供動力。
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