【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化學(xué)所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組(508組)吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊(duì)，與本草物質(zhì)科學(xué)研究室(2800組群)陸瑤研究員、德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)和馬普所微觀(guān)結(jié)構(gòu)物理研究所馮新亮教授合作，在高集成度微型超級(jí)電容器模塊方面取得新進(jìn)展，發(fā)展了圖案化粘附性基底誘導(dǎo)電解質(zhì)定向沉積的新策略，實(shí)現(xiàn)了在大面積、高集成度、超小型化微電極陣列上的電解質(zhì)高效、快速、精確添加，研制出高集成度和高性能一致性的小型化單片集成微型超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊。
 

　　為適應(yīng)小型化、可穿戴、可植入微電子設(shè)備的快速發(fā)展，需要發(fā)展具有小體積、高集成度、高性能和高兼容度的微型儲(chǔ)能器件。平面微型超級(jí)電容器由于無(wú)需隔膜和外部金屬連接線(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有可靠的電化學(xué)性能和易于調(diào)控的連接方式，在微電子領(lǐng)域有著重要的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢捎谌鄙倏煽康母呔任㈦姌O陣列制備和高效的電解液精確沉積技術(shù)，大規(guī)模制備高集成度、高性能、可定制的微型超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊仍具挑戰(zhàn)。
 

　　在本工作中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種普適、可控的電解質(zhì)定位自組裝新策略，實(shí)現(xiàn)了在高面數(shù)密度的大規(guī)模微電極陣列上電解質(zhì)微液滴的精確快速定位添加，結(jié)合高精度的光刻和自動(dòng)噴涂技術(shù)，研制出具有高面積數(shù)密度、高輸出電壓、性能穩(wěn)定的集成化微型超級(jí)電容器模塊。團(tuán)隊(duì)首先采用高精度光刻加工技術(shù)和高穩(wěn)定性自動(dòng)噴涂技術(shù)，制備出超小型集成化微型超級(jí)電容器電極陣列，單個(gè)器件的面積僅為0.36mm2，器件間距為100μm，實(shí)現(xiàn)了面積器件數(shù)密度為每平方厘米210個(gè)，即0.58×0.59cm2區(qū)域內(nèi)包含72個(gè)定制連接的微器件。隨后，團(tuán)隊(duì)利用光刻和表面改性技術(shù)在集成模塊的表面設(shè)計(jì)構(gòu)建出圖案化粘附性，實(shí)現(xiàn)了極小區(qū)域內(nèi)電解質(zhì)的精確、快速均勻添加，5秒鐘完成了集成模塊10000個(gè)微器件單元電解質(zhì)的限域，同時(shí)保障相鄰單元微器件之間形成良好的電化學(xué)隔離，所得集成化微型超級(jí)電容器可以穩(wěn)定輸出190V的高電壓，單位面積工作電壓達(dá)555V/cm2。此外，該微型超級(jí)電容器模塊在190V的極端工作電壓下，循環(huán)9000次后，仍保持將近100%的初始容量。最后，利用平面微型超級(jí)電容器靈活多樣的連接方式，團(tuán)隊(duì)還研制出一種由無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)圈和微型超級(jí)電容模塊組成的無(wú)縫集成超緊湊型微系統(tǒng)，無(wú)線(xiàn)充電僅2秒后就停止充電，該微系統(tǒng)可有效地為顯示屏供電30分鐘，展現(xiàn)出重要實(shí)際應(yīng)用潛力。
 

　　相關(guān)研究成果以“Monolithically integrated micro-supercapacitors with high areal number density produced by surface adhesive-directed electrolyte assembly”為題，于近日發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。該工作的第一作者是我所508組博士后王森。以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、大連市高層次人才創(chuàng)新支持計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。(文/圖 王森)