中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）先進材料與結構分析實驗室“納米材料與介觀物理”研究小組（A05組），多年來一直致力于碳納米結構的制備、物性與應用基礎研究，近年來在碳納米材料基柔性儲能器件領域取得了系列成果（Energ. Environ. Sci. 2012, 5, 8726; Adv. Mater. 2013, 25, 1058; Nano Res. 2014, 7, 1680; Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500677; Nanoscale 2015, 7, 12492）。

最近，該課題組研究生欒平山、張楠、張強在解思深院士、周維亞研究員的指導下，與南開大學化學學院牛志強教授等人合作研制出一種柔性、超薄、自支撐、高性能的皮膚型超級電容器。其題為“Epidermal supercapacitor with high performance”的研究工作發(fā)表在Advanced Functional Materials（2016, 26, 8178-8184）雜志上，并被選為封面文章。

他們利用直接生長的碳納米管薄膜與PEDOT進行復合，并對其負載量和電化學性能進行優(yōu)化。得益于大量“Y型結”構成的連續(xù)網(wǎng)絡結構，該復合薄膜具有高達~1600 S cm^-1的電導率和~300 MPa的力學強度，有助于皮膚型器件的構筑（圖1）。

圖1 不同電鍍?nèi)?shù)時，復合薄膜比電容量及PEDOT含量(a)、電導率(b)和應力-應變曲線(c)。純碳納米管薄膜(d)和復合薄膜(e)SEM圖像，純碳納米管薄膜(f)和復合薄膜(g)TEM圖像。

他們提出一種基于襯底表面能差異的分步分離技術，實現(xiàn)了器件和襯底的無損分離，構筑出厚度約為1 μm的超薄器件（圖2）。

圖2 (a)皮膚型超級電容器的組裝過程示意圖。SWCNT/PEDOT復合薄膜(b)和皮膚型超級電容器(c)-(d)的光學照片。(e)-(f) 皮膚型超級電容器截面的SEM圖像。

經(jīng)測試，這種皮膚型超級電容器的比電容為56 F g^-1（相對于兩電極質(zhì)量），能量密度為6.0 W h kg^-1，功率密度為332 kW kg^-1，響應時間為5.4 ms，此外器件還可耐受10⁵次的彎折。相對于其它薄膜器件，該皮膚型超級電容器在比電容量、功率密度、響應時間上均體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢（圖3）。

 圖3皮膚型超級電容器的循環(huán)伏安曲線(a)和恒流充放電曲線(c)。(b)皮膚型超級電容器（SC-E）與其它薄膜器件在20 Vs^-1掃描速率下的循環(huán)伏安曲線。(d)-(f)皮膚型超級電容器與其它薄膜器件的性能對比。

有望應用于柔性可穿戴電子學和皮膚電子學等領域（圖4）。

      圖4 皮膚型超級電容器實物演示與雜志封面圖片

相關研究得到了科技部、國家自然科學基金委和中科院的支持。
文章鏈接：http://onlinelibrary./doi/10.1002/adfm.201603480/full

編輯：HWQ

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