随着人们对柔性电子或可穿戴电子产品需求的日益增长,迫切需要发展相应的柔性全固态储能器件。在当前发展的柔性储能系统中,柔性全固态微超级电容器(MSCs)阵列因其较快的充放电速率、较高的安全性和超长的循环寿命且易与电子电路或其它柔性功能基元集成构建复杂的态势感知、无线传感或通讯等体系,引起了广泛的关注。目前,柔性全固态MSCs阵列的构筑大都采用喷涂、喷印或丝网印刷等技术将目标电活性材料集成到前加工的叉指电极上,这些都需要较昂贵的设备或特制的活性材料墨水,在一般的实验室中难以完成,而且大规模加工和集成仍面临挑战,且电活性材料的定向或有序性以及与柔性集流体的界面接触问题仍有待改善。
目前,柔性全固态MSCs阵列的构筑大都采用喷涂、喷印或丝网印刷等技术将目标电活性材料集成到前加工的叉指电极上,这些都需要较昂贵的设备或特制的活性材料墨水,在一般的实验室中难以完成,而且大规模加工和集成仍面临挑战,且电活性材料的定向或有序性以及与柔性集流体的界面接触问题仍有待改善。近来我们摆脱了喷印和印刷技术的思想束缚,巧妙借助一步或多步电化学沉积和催化生长技术,逐步实现了 CuSe 纳米片骨匡橦、CuSe@ Ni0H 乖直交叉杂化纳米片骨架、CuSe@Fe00H和 CuSe@Mn00H垂直交叉纳米片骨架等电活性材料在 A/PET 叉指电极上的可控沉积或集成,增强了活性材料与集流体间的界面接触和电子合,大大降低了其接触电阻。在选择合适固态电解液和隔膜的基础上,成功构建了柔性全固态平面内对成型或不对称型MSCs阵列。在保证其功率密度的同时,实现了其能量密度的逐步提升。简单串联或集成两个上述 MSCs阵列装置,可长时间点亮红色或绿色LED灯(8-30分钟),且还可驱动学生用科学计算器工作2-3h。
》 技术指标和研究创新点
(1)在无喷印和印刷技术支撑下,实现目标活性材料的塑形、尺寸控制、定向生长和集成,以及高效传质通道的构建;
(2)降低活性材料与集流体间的接触电阻;
(3)可反复拉伸或弯曲,而性能几乎不变;
(4)在保证高功率密度的同时,提高其能量密度,至少可驱动或点亮 LED 灯泡
(5)整个集成和构筑技术简单、重现性非常好、可大面积集成开发
> 市场前景分析
开发新型微电子集成和技工技术,可减少有机墨水和溶剂的使用降低污染,助力“双碳”战略目标的实现和电子产业的绿色健康发展具有较好的市场前景和发展潜力。
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