近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所微納技術(shù)與器件研究室研究員葉長輝帶領(lǐng)的研發(fā)團隊在柔性超級電容器研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果已發(fā)表在英國皇家化學(xué)會《材料化學(xué)》雜志上(J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 20916-20922；J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 617–623)。

       隨著柔性可穿戴式及便攜式功能化電子器件的發(fā)展，要求驅(qū)動其工作的供能器件不僅能提供足夠的功率及能量密度，還需具有良好的柔韌性。超級電容器以其較高的功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性以及可實現(xiàn)快速充放電，是一種非常有應(yīng)用潛力的供能器件，然而其較低的能量密度一直限制著其實際應(yīng)用。因此，如何進(jìn)一步提高超級電容器的能量密度并使其柔性化是目前超級電容器研究領(lǐng)域的熱點。

       聚苯胺是一種具有特殊的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，且經(jīng)摻雜后可具有導(dǎo)電性的高分子化合物，其在電子工業(yè)、信息工程、國防工程等的開發(fā)和發(fā)展方面都具有多種用途。通過一系列實驗，該課題組研究人員利用原位電沉積技術(shù)在柔性導(dǎo)電基底上均勻地制備了一層聚苯胺薄膜，并以此作為復(fù)合電極進(jìn)一步制備了柔性超級電容器。這種超級電容器具有51.7 mF cm-2最大面電容，以及5.57 mWh cm-3最大能量密度，其并聯(lián)后可以有效地驅(qū)動LED燈數(shù)分鐘，并且展現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性和循環(huán)穩(wěn)定性（圖1）。

      此外，固體所課題組研究人員進(jìn)一步將普通激光打印技術(shù)和原位電沉積技術(shù)相結(jié)合，改進(jìn)了該柔性超級電容器的構(gòu)型，制備了一種具有插指狀構(gòu)型的柔性超級電容器，具有這種插指狀構(gòu)型的柔性超級電容器可以有效地抑制初始放電電壓的壓降（圖2），并且在和柔性用電器件結(jié)合方面具有更大優(yōu)勢。

      上述研究得到了國家重大科學(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)基金和中科院百人計劃項目的資助。


      圖1 (a) 超級電容器器件構(gòu)型圖；(b) 器件并聯(lián)后驅(qū)動LED燈光學(xué)照片；(c)器件在彎曲角0o，30o，60o以及90o時光學(xué)照片；(d)器件在不同掃速下的循環(huán)伏安曲線圖；(e)器件在4個彎曲角度下的循環(huán)伏安曲線；(f)器件在不同恒電流下的充放電曲線圖；(g)器件的阻抗譜圖。


      圖2 (a)器件在彎曲角0°, 30°, 45°, 60°以及90°時光學(xué)照片；(b)器件在5個彎曲角度下的循環(huán)伏安曲線圖；(c)器件并聯(lián)后驅(qū)動LED燈的光學(xué)照片；(d)器件在200mVs-1掃速下的1000次循環(huán)圖。