近日，中科院大連化物所吳忠?guī)浹芯繂T和包信和院士在微型儲(chǔ)能器件方面的研究工作受到了國(guó)際同行的廣泛關(guān)注，應(yīng)邀在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上發(fā)表題為“面向平面化微型電池和微型超級(jí)電容器的道路：從二維到三維的器件構(gòu)型”的進(jìn)展報(bào)告。

微型化與自供電電子系統(tǒng)的快速發(fā)展與模塊化，迫切需要開發(fā)電化學(xué)微型儲(chǔ)能器件，主要包括微型電池和微型超級(jí)電容器。其中，平面化微型電池和微型超級(jí)電容器由于可以直接在單一基底上與微電子器件集成，進(jìn)而構(gòu)建成為獨(dú)立的或補(bǔ)充的微電源，吸引了廣泛的關(guān)注。該進(jìn)展報(bào)告重點(diǎn)介紹了平面化微型電池和微型超級(jí)電容器的發(fā)展歷程和最新進(jìn)展，從基本原理到設(shè)計(jì)原則，從平面內(nèi)構(gòu)型(叉指型)到堆疊型的幾何構(gòu)型，以及從二維到三維的器件構(gòu)型;探討了關(guān)鍵電極材料、電解質(zhì)、器件構(gòu)型、微電極制備技術(shù)，以及電極/電解質(zhì)/集流體等界面對(duì)微型儲(chǔ)能器件電化學(xué)性能的影響;最后提出了高比能與多功能化平面微型電池和微型超級(jí)電容器的技術(shù)挑戰(zhàn)、可行性解決方案和未來的發(fā)展方向。

吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于二維材料及其微型儲(chǔ)能器件的研究，取得了一系列重要研究進(jìn)展：提出了電化學(xué)剝離摻雜、超分子分級(jí)自組裝、二維納米單元軟模板等新方法，制備出石墨烯和摻雜石墨烯、超分子噻吩、黑磷烯、MXene 、介孔氧化物/聚合物、Angew. 等多種二維納米能源材料;提出了紫外光還原、掩模版輔助過濾新技術(shù)高效制備微電極，建立了高比能、柔性化、高安全微型儲(chǔ)能器件的構(gòu)建原則，研制出多種不同平面構(gòu)型微型儲(chǔ)能器件，如離子液體凝膠基微型超級(jí)電容器，任意形狀微型超級(jí)電容器，鋰離子微型電容器，鋰離子微型電池，鋅離子微型電池。提出了微電極、導(dǎo)電連接體和柔性集流體一體化構(gòu)筑新策略。研制出高集成度化微型超級(jí)電容器模塊，輸出工作電壓超過100V。

這些平面化微型儲(chǔ)能器件有望在未來的智能可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療大健康、微系統(tǒng)、智慧城市等方面得到市場(chǎng)應(yīng)用。