超薄、超轻、柔性化、非常规形状微纳电子器件的快速发展，对与之配套的微纳能源系统提出了更高的要求。近日，中科院大连化学物理研究所的吴忠帅研究员团队率先提出了在一个基底上构筑具有任意形状的全石墨烯基平面超级电容器的概念。相关的研究成果发表在ACS Nano上。
传统储能器件，如锂离子电池、超级电容器，形状单一，尺寸、体积及质量较大，还存在电解液泄露、导电添加剂和粘结剂使用、隔膜较厚等问题。同时，两个基底的使用不利于器件机械柔性化和模块化集成，很难满足未来多样性、柔性化、多功能化集成电路的要求。
最近，该研究团队首次在一个基底上构筑出具有任意形状、三明治结构平面超级电容器的概念。他们以电化学剥离石墨烯为电极材料，纳米氧化石墨烯为隔膜，在形状可调控的掩模板协助下，通过逐层喷涂的方式在一个柔性基底上成功地制造出具有任意形状、全石墨烯基三明治结构的平面超级电容器。与传统柔性器件相比，该电容器不仅具有形状多样性，如长方形、圆形、中空方形、数字、字母和更复杂的交叉线性等，还具有较高的体积比容量（280 F/cm3）、较高的能量密度（2.9 mWh/cm3）和优异的机械柔韧性。在不同的弯曲状态下测试，电容器的比容量基本没有损失。他们通过凝胶电解液覆盖有效的电极面积，可实现对单个器件比容量的有效调控。同时，该制造方法可适于规模化生产和自集成化，在不使用传统金属导线和接触体的情况下，实现多个器件串、并联集成，有效调控了模块化电源的输出电压和容量。该工作从材料选取、电极制备、电解液和隔膜选择、器件组装与模块化集成等方面进行了创新，也为任意形状储能器件的有效构筑、生产与集成提供了科学依据。
该工作得到了国家青年千人计划、国家重点研发计划、国家和辽宁省自然科学基金等项目的资助。
该论文作者为：Shuanghao Zheng, Xingyan Tang, Zhong-Shuai Wu, Yuan-Zhi Tan, Sen Wang, Chenglin Sun, Hui-Ming Cheng, Xinhe Bao
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Arbitrary-Shaped Graphene-Based Planar Sandwich Supercapacitors on One Substrate with Enhanced Flexibility and Integration
ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.6b08435
吴忠帅研究员简介
吴忠帅，中国科学院大连化学物理研究所研究员，二维材料与能源器件研究组组长，国家青年千人计划；2011年在中科院金属研究所获博士学位，2011年至2015年在德国马普高分子研究所从事博士后研究工作；2015年6月起，就职于中科院大连化学物理研究所。
吴忠帅研究员长期从事石墨烯为代表的二维材料在能源器件等领域的研究，已在Adv. Mater.、Nat. Commun.、JACS、ACS Nano、Energy Storage Mater. 等期刊上发表论文56篇（IF > 10的论文31篇），SCI他引11000次，ESI高被引论文21篇；第一作者单篇最高SCI引用1377次，获近十年“十大中国高被引科技论文”；Nano Energy (2012)的综述论文获Most Cited Nano Energy Paper；多篇论文被Materials Views、EurekAlert!、科学网、ACS网站、中科院之声等平台报道；曾获IOP的“Outstanding Reviewer Awards 2016”、Energy Storage Materials 2016的“Excellent Reviewer Award”、2016年辽宁省百千万人才工程-千人层次、张大煜青年学者、National Science Review 杂志“2015 Best Paper”奖、2015年度辽宁省自然科学一等奖（排名第四）、2015年大连市引进高层次人才——地方级领军人才、Carbon 2013/2014年“Excellence in Review Award”、“Distinguished Winner of the Carbon Journal Prize 2013”、“中国科学院优秀博士学位论文”以及“中国科学院院长特别奖”等奖项或荣誉；目前担任Engineering 青年通讯专家、Chinese Chemical Letter 青年编委和专刊编辑、Journal of Energy Chemistry 专刊编辑等；长期应邀评审Chem. Soc. Rev.、Energy Environ.Sci.、Adv. Mater.、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Energy Storage Mater.、2D Materials、Sci. Rep.、Small、Chem. Mater. 等杂志上的论文。
吴忠帅研究员所带领的二维材料与能源器件研究组成立于2015年6月，主要致力于二维材料设计和功能集成及其微纳能源器件的研究；近期研究方向包括：（1）石墨烯和其他二维材料的高效宏量制备方法；（2）二维纳米材料可控有序组装、结构调控和复合的新方法；（3）二维材料在能源存储与转化等领域的应用，如超级电容器、锂离子/锂硫电池、燃料电池；（4）柔性化、小型化、平面化等特征高性能新型储能器件；（5）结合各种原位表征技术和理论计算探讨在电化学过程中的储能机理等基础科学问题。
吴忠帅
http://www.x-mol.com/university/faculty/26723
课题组主页
http://www.zswu.dicp.ac.cn
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