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[转载][NCM综述]中国科学院金属研究所李峰研究员:石墨烯在平面微型电容器中的应用进展与展望

已有 870 次阅读 2022-11-1 11:19 |个人分类:期刊|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

微型电容器具有功率密度高、循环寿命长等优势,可望用于射频识别标签、无线测量节点、远程传感器等微型电子器件。然而,微型电容器的能量密度制约了其实际应用。影响微型电容器性能的一个重要因素是电极材料,对电极材料和结构进行合理设计,有望大幅提高微型电容器的能量密度。

石墨烯是新型纳米炭材料,由sp2杂化碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格,具有电子电导率高、比表面积大等特点,用于构筑平面构型的微型电容器具有显著优势。由于电场与石墨烯的晶面平行(图1),离子的输运更加容易,从而有利于增大石墨烯的可用电化学比表面积,提高比电容。近年来,石墨烯用于平面微型电容器的研究受到极大关注。

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1. 石墨烯基平面微型电容器中离子传输示意图

近日,中国科学院金属研究所李峰研究员课题组在《新型炭材料(中英文)》(New Carbon Materials)上发表综述“Progress and prospects of graphene for in-plane micro-supercapacitors”,从电极材料设计的角度,总结了平面微型电容器用石墨烯和石墨烯基材料的最新研究进展(图2)。首先讨论了微型超级电容器的器件结构、制造技术和性能指标。进一步总结了通过不同方法制造的石墨烯电极材料,包括化学气相沉积石墨烯、液相剥离石墨烯、氧化还原石墨烯和激光诱导石墨烯等,并总结了石墨烯与其它材料(碳纳米管、过渡金属氧化物、导电聚合物或其它二维材料)复合的电极设计,同时讨论了电极材料结构和电化学性能之间的构效关系。最后,提出了石墨烯基平面微型电容器面临的挑战,并对其未来发展方向进行了展望。

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2. 平面微型电容器用石墨烯和石墨烯基材料

 

近十年,石墨烯基平面微型电容器的性能得到显著提高,但发展仍处于起步阶段。从电极材料、电极结构的设计和优化,到器件的制备和集成,仍有较大研发空间(图3),如:(1)通过复合、掺杂、孔结构等策略,改进电极材料;(2)通过减小叉指间距、三维电极设计等,提高电荷存储效率;(3)在制备方面,发展超快/高通量制备技术和封装工艺等;(4)对器件进行大规模集成,发展自驱动集成微系统,引入智能功能(如自愈合、刺激响应等)。

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3. 石墨烯基微型电容器的研究展望



 

文章信息 New Carbon Materials

LI Hu-cheng, SHEN Hao-rui, SHI Ying, WEN Lei, LI Feng. Progress and prospects of graphene for in-plane micro-supercapacitors. New Carbon Mater., 2022, 37(5): 781-801.

期刊官网:

http://xxtcl.sxicc.ac.cn

国际版主页:

https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials/




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