平面微型超級電容器因其較高的功率密度、快速的充放電過程、長壽命、小尺寸及良好的柔韌性等優(yōu)勢,在柔性可穿戴電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為平面微型超級電容器的關(guān)鍵組成部分,叉指狀電極結(jié)構(gòu)對器件性能影響很大。為了設(shè)計(jì)制備理想的叉指狀電極,人們開發(fā)了一系列方法,包括光刻、真空沉積、激光燒蝕及熱壓印等。盡管這些方法具有各自的優(yōu)勢,但是工藝復(fù)雜、成本高而且不利于大規(guī)模生產(chǎn)。另外,常用的電極材料較低的比面積及離子擴(kuò)散效率導(dǎo)致了微型電容器較低的比電容。
針對上述問題,南京郵電大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)賴文勇教授課題組發(fā)展了一種印刷制備高性能柔性微型超級電容器的有效策略,通過噴墨印刷結(jié)合電化學(xué)沉積工藝制備了多孔納米纖維狀MnO2/Ag電極并進(jìn)一步組裝形成高性能柔性平面微型超級電容器。
圖1. 微型超級電容器工藝流程示意圖
得益于疏松多孔的納米纖維狀電極結(jié)構(gòu),微型超級電容器的面積電容顯著增加至46.6mF cm-2,處于微型電容器面積比電容前列。該微型超級電容器還表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)柔韌性,其在 180°高度對折1000次后,電容保持率仍高達(dá)86.8%。由于噴墨印刷具有杰出的圖案化能力,因此可以簡便直接地實(shí)現(xiàn)微型超級電容器的串并聯(lián),從而大大提高器件的電化學(xué)性能,以更好地滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。另外,與傳統(tǒng)的工藝方法相比,簡便的噴墨印刷結(jié)合一步電化學(xué)沉積工藝成功簡化了工藝過程、降低了成本,在批量化制備高性能微型超級電容器具有重要的應(yīng)用潛力。
圖2. (a) 微型超電容不同電流密度下比電容及庫倫效率;(b) 柔性測試;(c) 串聯(lián)結(jié)構(gòu)GCD曲線;(d) 并聯(lián)結(jié)構(gòu)GCD曲線
賴文勇教授課題組主要從事光電功能高分子、柔性電子、印刷電子等方向的科學(xué)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礎(chǔ)之上取得的新進(jìn)展,相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Small,通訊作者是賴文勇教授,第一作者是程濤博士。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201901830
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