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南京邮电大学黄维院士团队赖文勇教授课题组:喷墨印刷高性能柔性微型超级电容器
2019-07-22  来源:中国聚合物网

  平面微型超级电容器因其较高的功率密度、快速的充放电过程、长寿命、小尺寸及良好的柔韧性等优势,在柔性可穿戴电子产品领域具有广阔的应用前景。作为平面微型超级电容器的关键组成部分,叉指状电极结构对器件性能影响很大。为了设计制备理想的叉指状电极,人们开发了一系列方法,包括光刻、真空沉积、激光烧蚀及热压印等。尽管这些方法具有各自的优势,但是工艺复杂、成本高而且不利于大规模生产。另外,常用的电极材料较低的比面积及离子扩散效率导致了微型电容器较低的比电容。

  针对上述问题,南京邮电大学黄维院士团队赖文勇教授课题组发展了一种印刷制备高性能柔性微型超级电容器的有效策略,通过喷墨印刷结合电化学沉积工艺制备了多孔纳米纤维状MnO2/Ag电极并进一步组装形成高性能柔性平面微型超级电容器。

图1. 微型超级电容器工艺流程示意图

  得益于疏松多孔的纳米纤维状电极结构,微型超级电容器的面积电容显著增加至46.6mF cm-2,处于微型电容器面积比电容前列。该微型超级电容器还表现出优异的力学柔韧性,其在 180°高度对折1000次后,电容保持率仍高达86.8%。由于喷墨印刷具有杰出的图案化能力,因此可以简便直接地实现微型超级电容器的串并联,从而大大提高器件的电化学性能,以更好地满足实际应用的需求。另外,与传统的工艺方法相比,简便的喷墨印刷结合一步电化学沉积工艺成功简化了工艺过程、降低了成本,在批量化制备高性能微型超级电容器具有重要的应用潜力。

图2. (a) 微型超电容不同电流密度下比电容及库伦效率;(b) 柔性测试;(c) 串联结构GCD曲线;(d) 并联结构GCD曲线

  赖文勇教授课题组主要从事光电功能高分子、柔性电子、印刷电子等方向的科学研究工作,取得了一系列成果 (Chem. Soc. Rev., 2019, 48, 3229; Adv. Mater., 2018, 30, 1704738; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1705955; Adv. Mater. 2016, 28, 5242; J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 13754; J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10493; Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 5181; Adv. Mater. 2015, 27, 3349)。本工作是在前期工作基础之上取得的新进展,相关结果发表在Small,通讯作者是赖文勇教授,第一作者是程涛博士

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201901830

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