【引言】
【成果簡介】
最近，清華大學(xué)深圳研究生院的楊誠教授（通訊作者）在Energy & Environmental Science發(fā)表題為“Reduced Graphene Oxide/Mixed-valent Manganese Oxides Composite Electrode for Tailorable and Surface Mountable Supercapacitors with High Capacitance and Super-Long Life”的文章。研究者王洋博士等利用液相法合成了二維石墨烯/二氧化錳復(fù)合物，通過肼蒸汽還原，一步實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯的還原和多價(jià)態(tài)錳氧化物的生成，制備了rGO/MnOx復(fù)合物。這種材料可適用于傳統(tǒng)電極漿料涂布工藝，實(shí)現(xiàn)電極漿料的大載量印刷涂布。其高效的自由電子及離子的傳輸網(wǎng)絡(luò)、多種價(jià)態(tài)錳氧化物材料中豐富的電子及離子缺陷、多價(jià)態(tài)氧化錳和石墨烯的協(xié)同作用等極大地優(yōu)化了材料的電容特性：質(zhì)量比電容為202 F g-1(載量為2mg cm-2)；面積比電容達(dá)2.5 F g-1(載量為19mg cm-2）；在循環(huán)11萬5千圈后容量保有率為最初值的106%。
此外，王洋博士及其合作者還設(shè)計(jì)并制備了可裁剪和貼片式超級電容器。以離子液體為電解液、商用活性炭為負(fù)極，rGO/MnOx復(fù)合物做正極，采用印刷、電鍍、熱壓等規(guī)?；a(chǎn)業(yè)兼容的工藝技術(shù)組裝非對稱式超級電容器。器件的能量密度可達(dá)到47.9Wh/kg，功率密度可達(dá)到20.8 kW/kg。器件在循環(huán)8萬次后容量保有率仍為初始值的96%，是目前文獻(xiàn)已報(bào)道的非水系贗電容器中的最高值。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：還原氧化石墨烯/多價(jià)態(tài)氧化錳(rGO/MnOx)復(fù)合物的制備過程
圖2：可剪裁非對稱式超級電容器制備過程示意圖
(a)貼片式超級電容器
(b)以還原氧化石墨烯/多價(jià)態(tài)氧化錳復(fù)合物和商用活性炭為電極材料的超級電容器
圖3：rGO/MnOx的電化學(xué)特性
(a)掃速在1到100mv s-1材料的循環(huán)伏安曲線
(b)材料的比電容隨著掃速的變化曲線
(c)掃速在2-20Ag-1材料的恒流充放電曲線
(d)材料的循環(huán)特性，內(nèi)部插入圖為在不同的循環(huán)階段材料的恒流充放電曲線
圖4：組裝成非對稱式超級電容器的的電化學(xué)特性
(a)掃速在1到200mv s-1器件的循環(huán)伏安曲線
(b)不同電流密度下器件的放電曲線
(c)循環(huán)一次后器件的Nyquist圖，內(nèi)部插入圖為高頻區(qū)域的放大圖
(d)非對稱超級電容器在5A g-1的電流密度下的循環(huán)特性，內(nèi)部插入圖為不同循環(huán)階段器件的充放電曲線
圖5：本工作與最近發(fā)表的其他工作的儲能性能對比
圖6：可裁剪及貼片式超級電容器工作示意圖
(a)非對稱式超級電容器在裁剪前點(diǎn)亮三個(gè)并聯(lián)的LED
(b)非對稱式超級電容器在裁剪后點(diǎn)亮三個(gè)并聯(lián)的LED
(c)貼片式超級電容器陣列
(d)單個(gè)貼片式超級電容器
(e)單個(gè)貼片式超級電容器貼裝在印刷電路板上點(diǎn)亮LED
【小結(jié)】
該工作為學(xué)術(shù)界提供了一種簡單、大批量制備高性能復(fù)合電極材料的方法，有效地解決了利用電沉積、水熱法等方法制備的材料存在的載量低、循環(huán)性能差等問題。同時(shí)，可剪裁、貼片式超級電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對超級電容器便攜化、商業(yè)化發(fā)展具有重要意義。
楊誠教授表示：“近年來，隨著谷歌、三星、蘋果等企業(yè)陸續(xù)推出智能眼鏡以及智能手表等智能穿戴的設(shè)備，大數(shù)據(jù)、傳感技術(shù)、4G（甚至即將盛行的5G）等技術(shù)將高度集成，并且極大地改變?nèi)祟惖纳罘绞?。新技術(shù)的發(fā)展，為高性能貼片原件的發(fā)展提供了不可多得的契機(jī)。面向可穿戴電子設(shè)備和智能手機(jī)的高性能貼片儲能器件的開發(fā)和應(yīng)用將迅速發(fā)展為科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界新的熱點(diǎn)?！?/span>
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