齐鲁工业大学张静JMCA：原子层助力构建兼具柔性和长循环寿命的掺硼金刚石超级电容器电极

第一作者：姚嘉辉、刘成双

通讯作者：张静

单位：齐鲁工业大学（山东省科学院）

柔性电子设备对储能器件的核心诉求是兼顾高能量存储性能、长循环稳定性与良好机械柔韧性，而传统掺硼金刚石（BDD）材料虽具备优异电化学稳定性，但其刚性强难以适配柔性应用场景，与基底结合不牢固等问题限制了其在柔性储能领域的长足发展。因此，在保证BDD电极储能性能与电化学稳定性的同时，还能赋予其柔性可折叠性能，是BDD电极突破柔性储能领域应用瓶颈，也是实现产业化落地的核心研究方向。

近日，齐鲁工业大学的张静团队在国际知名期刊《Journal of Materials Chemistry A》发表了题目为“Atomic bridging for constructing flexible boron-doped diamond supercapacitor with extended cycling longevity”的研究论文，在这项研究中通过在BDD与泡沫铜之间引入TiO₂原子层，构建“Cu/TiO₂/BDD”三明治结构，成功解决了传统BDD电极与柔性基底附着力差、柔性不足的核心问题，同时实现了储能性能与机械稳定性的双重突破，为柔性BDD超级电容器的实用化提供了关键技术支撑。合成的Cu₁₃₀/Ti/BDD电极展现出超高的比容量和循环寿命，其比电容量达45.0 mF cm⁻²，对称电极在经过十万次循环后容量仍保持91.5%。更重要的是，Cu₁₃₀/Ti/BDD电极可随意弯折成“V、W、Z”等复杂形状的同时，比容量损耗低于30%。本研究攻克了柔性BDD电极的核心难题，证实了BDD作为柔性超级电容器电极的可行性，大大拓展了BDD材料的应用边界，为开发长循环寿命的柔性BDD电极材料提供了技术和理论指导。

利用原子层沉积（ALD）技术在BDD与泡沫铜之间引入TiO₂原子层，构建“Cu/TiO₂/BDD”三明治结构。该设计不仅解决了传统BDD与柔性金属基底附着力差的问题，还能调控BDD生长状态，最终制备出高覆盖率的致密BDD薄膜，为电极的柔性与储能性能奠定结构基础。

比电容量高，Cu₁₃₀/Ti/BDD的比电容量达 45.0 mF cm⁻²，显著高于Cu₁₁₀/Ti/BDD（24.0 mF cm⁻²）与Cu₁₅₀/Ti/BDD（22.7 mF cm⁻²）；循环寿命长，组装的对称Cu₁₃₀/Ti/BDD器件经十万次循环后容量保持率仍有91.5%；机械柔性较好，不同弯曲程度下电容损耗始终低于30%。

该研究证实了BDD作为柔性超级电容器电极的可行性，打破其仅能用于刚性场景的局限。Cu/Ti/BDD的高稳定性、长寿命与良好柔性等特性，高度匹配可穿戴电子设备的使用需求，为柔性储能器件的开发提供了新的技术路径与材料选择。

Atomic bridging for constructing flexible boron-doped diamond supercapacitors with extended cycling longevity

张静：齐鲁工业大学硕士生导师，主要研究方向为掺硼金刚石薄膜表面形貌构建及其储能应用，以及层状氧化物钠离子电池正极材料的结构设计及应用等。主持国家自然科学基金青年项目（52302044，在研）、山东省自然科学基金青年项目（ZR2022QE121，在研）、齐鲁工业大学人才项目（2023RCKY020，在研）、齐鲁工业大学科教产融合试点工程类基金项目（2022PX005，在研）、教育部优秀导师项目（20190118151054，结题）等，作为主要参与人参与山东省高校优秀青年创新团队项目、中央引导地方专项等省部级科研项目数项。以第一或通讯作者在新型储能材料领域发表国际SCI论文近二十篇（包括Journal of Power Sources 624 (2024) 235-243；Journal of Colloid and Interface Science 629 (2022) 813-821；Electrochimica Acta, 421 (2022) 1405-1411；Applied Surface Science 506 (2020) 4645-4655；Electrochimica Acta 354 (2020) 1366-1379；Journal of Alloys and Compounds 777 (2019) 84-93；Applied Surface Science 491 (2019) 814-822；Journal of Physical Chemistry C 121 (2017) 6781-6787等），合作发表SCI论文近五十篇，授权国家发明专利十余项。