全固態柔性超級電容器是一種典型的柔性電源,具有輕質、無漏液、安全、可彎折的特點,是構成柔性電子系統、可穿戴電子設備的關鍵部件。然而學術界一直認為固態超級電容器的電學/力學性能會隨電極厚度的增加而迅速飽和/衰減,大厚度電極也因此被認為是固態超級電容器的禁區,其常用的電極厚度多為亞微米到數微米厚度,遠小于商用電極對厚度的需求(100μm-150μm),限制了全固態柔性超級電容器的實際應用價值。
近日,西安交通大學機械工程學院邵金友教授課題組,揭示了固態超級電容器的力學和電學特性對固態電解質填充的依賴關系,提出了一種全新的固態電解質填充技術,使固態電解質對多孔電極(如碳納米管多孔電極,及其導電聚合物的復合電極材料)的有效填充深度達到500μm以上,電容可隨電極厚度近似等比例增加而不再出現飽和現象,其電容值比傳統方法制造超級電容提高了45倍,達到了2600mF/cm2量級,比目前國際同行報道的最大值高出5倍以上;新的填充技術同時賦予了柔性超級電器優秀的機械穩定性和電學穩定性,循環彎曲5000次、充放電10000次后電容值保持95%以上。西安交通大學研究人員發明的固態電解質填充技術,改變了人們對固態超級電容器機械柔性和電學特性的認知,對任意多孔電極材料均具有普適性,將對全固態柔性超級電容領域產生重要影響。
該研究成果近日在《自然·通訊》在線發表,西安交通大學機械工程學院李祥明副教授為本文第一作者,邵金友教授與美國伊利諾伊大學香檳分校Paul V. Braun教授為本文的共同通訊作者,西安交通大學為本文的第一通訊單位和第一署名單位。邵金友教授課題組在盧秉恒院士的領導下,長期致力于以微納米尺度流體流變為主要技術特征的微納制造工藝、裝備和器件開發方面的研究工作,獲得國家自然科學基金“納米制造的基礎研究”重大研究計劃集成項目、國家重點研發計劃等重大項目的支持,在電驅動納米壓印技術、柔性電子制造和智能結構與微納仿生制造等方向形成了鮮明的研究特色。
本成果的研究設想和實驗方案由邵金友教授和李祥明副教授提出,Paul V. Braun教授對項目的實施進行了指導,研究工作得到了國家自然科學基金“納米制造的基礎研究”重大研究計劃、美國國家科學基金、中國博士后科學基金的支持。
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