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光還原法批量化制備石墨烯平面儲(chǔ)能器件

來(lái)源: X-MOL 2017-08-14 11:53:39

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的吳忠?guī)洠c(diǎn)擊查看介紹）研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了紫外光還原氧化石墨烯的技術(shù)，一步法實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯的還原與石墨烯圖案化微電極的一體化構(gòu)筑，批量化制備出不同構(gòu)型、大小的高性能離子液體平面儲(chǔ)能器件——微型超級(jí)電容器。

近年來(lái)，柔性化、小型化、智能化電子產(chǎn)品的快速發(fā)展極大促進(jìn)了與其配套的平面儲(chǔ)能器件的發(fā)展。在眾多此類儲(chǔ)能器件中，微型超級(jí)電容器具有功率密度高、充放電速率快、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。石墨烯具有優(yōu)異的性能，例如優(yōu)異的導(dǎo)電性、高比表面積和高穩(wěn)定性等，是構(gòu)筑微型超級(jí)電容器的一種非常有前景的電極材料。目前石墨烯微型超級(jí)電容器的制備方法，如濕法光刻微加工技術(shù)存在操作步驟繁瑣、制備過程復(fù)雜、成本高等問題，不宜批量化生產(chǎn)。此外，以氧化石墨烯為前驅(qū)體制備的微型超級(jí)電容器往往需要額外的化學(xué)還原或熱還原步驟，發(fā)展高效、簡(jiǎn)化、大規(guī)模的制備技術(shù)十分必要。

吳忠?guī)浹芯繄F(tuán)隊(duì)發(fā)展了紫外還原氧化石墨烯的簡(jiǎn)化技術(shù)，采用掩模板協(xié)助一步實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯薄膜的高效還原與石墨烯微電極的圖案一體化構(gòu)筑。通過選擇不同構(gòu)型的掩模板，他們可以批量化制備出不同構(gòu)型、不同大小的微型超級(jí)電容器并實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)模塊化集成。與已發(fā)展的制備技術(shù)（如濕法光刻、噴涂打?。┎煌?，該技術(shù)不僅具有操作流程簡(jiǎn)單、成本低、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠高效地構(gòu)建不同構(gòu)型、集成化的微型功率源。這種光還原法制備的石墨烯微型電容器在離子液體中均表現(xiàn)出高掃描速率（200 V/s），高能量密度（7.7 mWh/cm3）和功率密度（312 W/cm3）。

這一研究成果開辟了一步法簡(jiǎn)化制備石墨烯微型超級(jí)電容器的新途徑，為批量化、集成化石墨烯基芯片儲(chǔ)能器件的制造技術(shù)提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)為創(chuàng)造包括傳感器，生物傳感器，燃料電池和醫(yī)療設(shè)備等低成本、圖案化的石墨烯基電化學(xué)材料的應(yīng)用與集成提供了可能。

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