Advanced Materials 文獻導讀： 通過直接打印電化學剝離石墨烯漿液的超柔軟的平面微型超級電容器

電子產品越來越朝著一種趨勢發展，那就是小、小、再小，直至微型。這給我們的供能設備提出了更多的要求。商業化的微型電池（或薄膜電池）的發展給微型電子器件帶來了希望，但是其存在許多致命的缺點，如循環壽命短、突然失效、低溫失效以及安全性隱患等問題，這就需要尋找更合適的微型儲能設備來彌補。微型超級電容器是有望補充甚至替代微型電池的一類微型儲能設備，近年來已經獲得了極大的發展。

圖1 微型電子器件趨勢勢不可擋

近日，馬克斯-普蘭克分子研究所的馮新亮及Klaus Müllen兩位教授的團隊開發出一種全新的方法制備平面微型超級電容器。他們將電化學剝離的石墨烯（EG）單獨或與聚噻吩（PEDOT）混合的漿液直接噴涂或者打印在紙或超薄PET上，獲得了目前碳基材料性能最優異的平面微型超級電容器。該方法甚至可以直接移植到商用打印機將微型超級電容器打印在紙上，展現出極大的商用化普及前景。

圖2 電化學剝離石墨烯的方法及其相應表征 (a) 獲取EG漿液的流程圖。 (b) EG片層的AFM測試，平均厚度約1.82 nm。 (c) EG片層的TEM表征。 (d) EG片層的SEM表征。 (e) 雙層石墨烯的SAED圖 (f) EG片層的C 1s的高分辨XPS譜線。 (g) EG的選區拉曼圖譜，顯示出I_D/I_G及I_2D/I_G比率。

圖3 EG片層組成的平面微型超級電容器的制備過程、作為儲能裝置功能的展示以及相應的電化學性能。 (a) 通過掩膜輔助噴涂的方法直接制備EG基平面微型超級電容器于硅片和紙基底上，并將四個器件串聯起來點亮LED。(b) 不同掃速下的EG基平面微型超級電容器循環伏安（CV）曲線。(c) EG基平面微型超級電容器的倍率性能（不同掃速下的電容量）。插圖為單個紙基底上的EG基平面微型超級電容器。

圖4 (a-e) EG/PEDOT混合漿液基平面微型超級電容器在掃速從10 mV s^-1 到1000 mV s^-1 的CV曲線。(f) 相應的倍率性能展示,幾乎無衰減。

圖5 EG/PEDOT混合漿液基平面微型超級電容器的電化學性能及其應用前景展示。 (a) EG/PEDOT混合漿液基平面微型超級電容器在不同掃速下的CV曲線。 (b) 四個串聯的器件點亮紅色LED燈。 (c) 利用商用的打印機可以直接將該種微型超級電容器打印出來，約10分鐘在一張A4紙上打出10個器件。

圖6 超薄PET基底上獲得的EG/PEDOT混合漿液基平面微型超級電容器的電化學性能極其超柔軟性能展示。 (a) PET基底上的EG/PEDOT混合漿液基平面微型超級電容器在不同掃速下的CV曲線。 (b) 在超薄PET基底制備的器件比頭發還薄，且能緊貼于人體皮膚上甚至纏繞在手指上。(c-d) 在超薄和普通厚度的PET上所制備的器件在1000次的彎曲循環下的電容保持率性能，幾乎無衰減。插圖展示了平面，彎曲以及變形的狀態。

展望： 在紙或超薄PET上方便制備出高性能的柔性平面微型超級電容器是微型儲能設備的一大進步，這將為可穿戴微型電子設備的進一步發展提供良好的平臺和基礎，使柔性可穿戴的潮流更大步地向前推進！

該成果于2016年3月發表在Advanced Materials（IF：17.493）上 ，點我下載。

該文獻解讀由材料人新能源學習小組孫鵬供稿，參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群?422065952”，若想參與新能源文獻解讀和文獻匯總、新能源知識科普和深度挖掘新能源學術產業信息，請加qq 2728811768。