7月20日消息 記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，當(dāng)今世界，隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，可彎曲式顯示屏、電子襯衫和卷屏手機(jī)等柔性電子產(chǎn)品概念逐漸從概念產(chǎn)品靠近消費(fèi)領(lǐng)域，引發(fā)了消費(fèi)者的極大興趣和期待。而這些柔性化、微型化的智能電子產(chǎn)品的問世，帶動(dòng)了其配套的芯片儲(chǔ)能器件的發(fā)展，柔性化、微型化、平面化超級(jí)電容器應(yīng)用而生。

與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能器件相比，該類型的電容器具有輕量化、厚度薄、體積小、高功率密度、長循環(huán)壽命和快速頻率響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是集成電子器件重要的微電源儲(chǔ)能器件，引起了世界各國的廣泛關(guān)注。然而，制備柔性化、微型化、平面化電容器的工藝通常十分復(fù)雜，需要采用光刻蝕、等離子體刻蝕等較為苛刻的技術(shù)手段來獲取相應(yīng)的電極。因此，發(fā)展一種簡單、高效制備高性能柔性化、微型化、平面化超級(jí)電容器的方法十分必要。

石墨烯是一種二維的碳材料，2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)將其帶入了人們的視線。那么，到底什么是石墨烯呢？簡單而言，將有序排列的、蜂窩狀、層層堆疊形成的石墨，剝離成單層的薄片時(shí)，這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層石墨就被稱為石墨烯。那么石墨烯為什么會(huì)有這么大的名聲呢？這是因?yàn)檫@種單原子厚度的石墨烯具有獨(dú)特的、非常規(guī)物理化學(xué)性質(zhì)。特別是具有超高的比表面積（2620m2/g）、高的理論比容量（550F/g）、超高的導(dǎo)電性等，因此被廣泛的應(yīng)用于電極材料的研究中。尤其是對(duì)于平面化微型超級(jí)電容器來說，利用石墨烯作為電極材料能夠充分利用石墨烯的優(yōu)勢，不僅能夠進(jìn)一步降低整個(gè)器件薄度、減小體積，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電解液離子的快速遷移，從而實(shí)現(xiàn)電荷的高能量存儲(chǔ)。與石墨烯相似，黑磷烯是一種新型的二維材料，由于其獨(dú)特的半導(dǎo)體性質(zhì)和微觀褶皺結(jié)構(gòu)，在光學(xué)及電子設(shè)備領(lǐng)域中有著廣泛的研究基礎(chǔ)。而這兩種材料的有機(jī)結(jié)合則使得獲得高性能儲(chǔ)能材料成為了可能。

近日，中科院大連化物所吳忠?guī)浹芯繂T所帶領(lǐng)的二維材料與能源器件研究團(tuán)隊(duì)與中科院金屬研究所任文才研究員團(tuán)隊(duì)合作，在簡單、高效制備高性能柔性化、微型化、平面化電容器領(lǐng)域開展了系統(tǒng)性的研究工作，相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)-納米》雜志上。

研究團(tuán)隊(duì)提出通過簡單的掩膜板協(xié)助一步過濾法制備出具有二維黑磷烯與石墨烯疊層的復(fù)合微電極薄膜，相比于以往的制備手段，這種器件加工策略成本低、能耗低且簡單易行，為一步法實(shí)現(xiàn)平面型電容器復(fù)合薄膜的制備工藝提供了新思路。

與此同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)嘗試將制備的薄膜電極直接轉(zhuǎn)移到柔性基底上組裝成為平面型電容器，在電化學(xué)測試過程中，該平面型電容器在離子液體中表現(xiàn)出較高工作電壓（3V）和能量密度（11.6mWh/cm3），遠(yuǎn)高于商用化電容器。相比于以往的電容器，該器件在制備過程中無需加入常規(guī)的金屬集流體、內(nèi)部互聯(lián)或接觸體，可實(shí)現(xiàn)模塊化器件的構(gòu)筑，為平面型電容器的有效構(gòu)筑、生產(chǎn)和集成提供了科學(xué)依據(jù)。

此外，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該電容器的柔性化性能進(jìn)行電化學(xué)測試。測試結(jié)果表明，即使在高度彎曲狀態(tài)下，該平面電容器仍能保持良好的性能。該研究成果對(duì)于柔性化儲(chǔ)能器件在未來的工業(yè)化應(yīng)用提供了前期準(zhǔn)備。