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 。 近日 ， 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)泩F隊開發(fā)出一種基于MXene衍生鈦酸鉀負極材料的高電壓鉀離子微型超級電容器 ， 并構(gòu)建出微型超級電容器—壓力傳感器的集成微系統(tǒng) 。 相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進能源材料》 。
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 ， 有助于提高鉀離子轉(zhuǎn)移數(shù)和離子導(dǎo)電性 。 但是 ， 鉀離子微型超級電容器的關(guān)鍵材料與器件合理設(shè)計仍然存在挑戰(zhàn) 。
研究中 ， 團隊發(fā)展了同時氧化和堿化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散系數(shù)以及較高的儲鉀比容量 。 而后 ， 研究人員以鈦酸鉀為負極 ， 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電容器 。 該電容器具有3.8V的高電壓窗口 ， 優(yōu)于此前報道的微型超級電容器 ， 體積能量密度達到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)測身體運動 。
【新型高電壓鉀離子微型超級電容器研制成功】團隊介紹 ， 該研究不僅為高性能微型超級電容器的設(shè)計提供了新思路 ， 還為微型超級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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