新型炭材料(中英文)綜述|中國科學院金屬研究所李峰研究員：石墨烯在平面微型電容器中的應用進展與展望

微型電容器具有功率密度高、循環壽命長等優勢，可望用于射頻識別標簽、無線測量節點、遠程傳感器等微型電子器件。然而，微型電容器的能量密度制約了其實際應用。影響微型電容器性能的一個重要因素是電極材料，對電極材料和結構進行合理設計，有望大幅提高微型電容器的能量密度。

石墨烯是新型納米炭材料，由sp²雜化碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格，具有電子電導率高、比表面積大等特點，用于構筑平面構型的微型電容器具有顯著優勢。由于電場與石墨烯的晶面平行（圖1），離子的輸運更加容易，從而有利于增大石墨烯的可用電化學比表面積，提高比電容。近年來，石墨烯用于平面微型電容器的研究受到極大關注。

圖1.?石墨烯基平面微型電容器中離子傳輸示意圖

近日，中國科學院金屬研究所李峰研究員課題組在《新型炭材料（中英文）》（New Carbon Materials）上發表綜述“Progress and prospects of graphene for in-plane micro-supercapacitors”，從電極材料設計的角度，總結了平面微型電容器用石墨烯和石墨烯基材料的最新研究進展（圖2）。首先討論了微型超級電容器的器件結構、制造技術和性能指標。進一步總結了通過不同方法制造的石墨烯電極材料，包括化學氣相沉積石墨烯、液相剝離石墨烯、氧化還原石墨烯和激光誘導石墨烯等，并總結了石墨烯與其它材料（碳納米管、過渡金屬氧化物、導電聚合物或其它二維材料）復合的電極設計，同時討論了電極材料結構和電化學性能之間的構效關系。最后，提出了石墨烯基平面微型電容器面臨的挑戰，并對其未來發展方向進行了展望。

圖2.?平面微型電容器用石墨烯和石墨烯基材料

近十年，石墨烯基平面微型電容器的性能得到顯著提高，但發展仍處于起步階段。從電極材料、電極結構的設計和優化，到器件的制備和集成，仍有較大研發空間（圖3），如：（1）通過復合、摻雜、孔結構等策略，改進電極材料；（2）通過減小叉指間距、三維電極設計等，提高電荷存儲效率；（3）在制備方面，發展超快/高通量制備技術和封裝工藝等；（4）對器件進行大規模集成，發展自驅動集成微系統，引入智能功能（如自愈合、刺激響應等）。

圖3. 石墨烯基微型電容器的研究展望

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.

通訊作者簡介：?

李峰，1995年畢業于南京工業大學，2001年于中科院金屬所獲博士學位。隨后在中科院金屬所先后助研、副研和研究員。主要從事新型電化學儲能材料與器件的研究，已在Adv Mater、Nature?Energy等期刊發表論文300余篇，被引用超過55000次，其中30余篇高被引用論文，2016-2021連續入選科睿維安高被引用科學家,受邀為Adv Mater、Science等撰寫綜述和展望，獲得國家發明專利20余項。獲得國家杰出青年基金(2015)，2018年獲得遼寧省自然科學一等獎（排名第一），被聘為《新型炭材料》、《儲能科學與技術》、《Journal?of?Energy?Chemistry》、《Energy Storage Materials》、《Chinese Chemical Letter》和《Journal of Physics: Energy》編委。

《新型炭材料（中英文）》??????

影響因子：3.7（2021年）

網址：http://xxtcl.sxicc.ac.cn/

https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials（Elsevier主頁）

聯系電話： 0351-2025254

郵 ???箱：?xxtcl@sxicc.ac.cn???????????

tcl@sxicc.ac.cn??

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

《新型炭材料（中英文）》公眾號 ??????????????《新型炭材料（中英文）》交流群