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柔性鉀離子微型超級(jí)電容器與壓力傳感器集成。中科院大連化學(xué)物理研究所供圖
本報(bào)訊（記者卜葉）近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種基于MXene衍生鈦酸鉀負(fù)極材料的高電壓鉀離子微型超級(jí)電容器，并構(gòu)建出微型超級(jí)電容器—壓力傳感器的集成微系統(tǒng)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)能源材料》。
由于超高的功率密度、快速的充放電速率和長壽命，微型超級(jí)電容器在柔性、可穿戴、可植入微電子領(lǐng)域有著巨大潛力，然而其仍存在能量密度較低和電位窗口較窄等問題。在眾多金屬離子中，鉀離子資源豐富、還原電位低，且在非水電解質(zhì)中具有較弱的溶劑化效應(yīng)和較小的斯托克斯半徑，這有助于提高鉀離子轉(zhuǎn)移數(shù)和離子導(dǎo)電性。但是，鉀離子微型超級(jí)電容器的關(guān)鍵材料與器件合理設(shè)計(jì)仍然存在挑戰(zhàn)。
研究中，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了同時(shí)氧化和堿化MXene的策略，制備出新型鈦酸鉀納米棒材料。該材料具有較大的長徑比和離子擴(kuò)散系數(shù)以及較高的儲(chǔ)鉀比容量。而后，研究人員以鈦酸鉀為負(fù)極，活化石墨烯為正極，結(jié)合高電壓的離子液體凝膠電解液，構(gòu)建出新型鉀離子微型超級(jí)電容器。該電容器具有3.8V的高電壓窗口，優(yōu)于此前報(bào)道的微型超級(jí)電容器，體積能量密度達(dá)到34.1mWh/cm3，具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。此外，該電容器在同一柔性基底上與壓力傳感器兼容集成可以靈敏地監(jiān)測(cè)身體運(yùn)動(dòng)。
團(tuán)隊(duì)介紹，該研究不僅為高性能微型超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)提供了新思路，還為微型超級(jí)電容器供電柔性電子器件提供了范例。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/aenm.202003835
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