站立石墨烯微型超級電容器研究獲進展

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥與中科院院士包信和、中科院物理研究所研究員郭麗偉合作，采用高溫熱解SiC法制備出高堆疊密度、單取向陣列、直接鍵合基底的站立石墨烯，并將其應用于高功率微型超級電容器。相關研究成果發表在ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.7b00553）上。

　　多功能集成電路的不斷發展增加了對小型化、集成化微納儲能系統的需求。微型超級電容器因具有輕量化、厚度薄、體積小、高功率密度、長循環壽命和快速頻率響應等優點，受到廣泛關注。其中，設計和構筑非常規、結構有序定向、高離子-電子混合導電、強界面鍵合的電極材料是發展高功率儲能器件重要的研究方向之一。

　　該研究團隊利用高溫熱解SiC基底方法制備出高堆疊密度、高導電、單一取向的站立石墨烯陣列。與傳統電極材料相比，該陣列直接生長在導電SiC基底上，在電極材料與集流體之間形成較強的界面鍵合作用，并建立了有效的離子和電子傳輸通道。電解液離子可沿著站立石墨烯平面無障礙快速移動，有效縮短了電解液離子路徑，同時，電子從石墨烯平面到集流體實現了快速傳輸及其存儲。采用該陣列的微型超級電容器在凝膠和離子液體電解液中均表現出較高的面容量、快速的頻率響應（9毫秒）、優異的循環穩定性以及超高掃描速率（200V/s）。該超級電容器功率密度達到61W/cm3，理論上可為小型化、集成化電子設備提供足夠的峰值功率。上述工作為發展強界面鍵合電極材料應用于高功率超級電容器提供了新方法。

　　上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、國家青年千人計劃、遼寧省自然科學基金等項目的資助。