新型石墨烯薄膜柔性全固態(tài)超級(jí)電容器
作者:中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司 來源:http://m.chun-tian.cn 日期:2018-04-19 13:35:46
全固態(tài)柔性超級(jí)電容器可為可穿戴電子設(shè)備提供安全高效的電源,是新一代柔性電子器件的關(guān)鍵設(shè)備。石墨烯作為一種單原子層厚度的二維晶體,兼具優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等性能,是此類新型儲(chǔ)能器件的理想材料。然而,由于石墨烯納米片之間界面作用較弱,且缺少有效的組裝方法,研發(fā)具有超薄、透明、自支撐的石墨烯薄膜并用作全固態(tài)柔性超級(jí)電容器仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
科研人員通過單分子原子力顯微鏡測量手段,在11種不同有機(jī)分子中發(fā)現(xiàn)了與氧化石墨烯之間的作用力最強(qiáng)的分子——三聚氰胺。研究發(fā)現(xiàn),由于電荷轉(zhuǎn)移與氫鍵的協(xié)同作用,三聚氰胺分子與氧化石墨烯納米片之間的非共價(jià)作用力達(dá)到約1納牛。通過在氧化石墨烯納米片層間引入三聚氰胺分子,相鄰兩層納米片之間的有效接觸大幅增加,使薄膜內(nèi)部氧化石墨烯片層間的相互作用顯著增強(qiáng),從而制備出具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度的氧化石墨烯薄膜。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該新型薄膜在可見光550納米處透光率高達(dá)84.6%,經(jīng)過原位還原后仍然保持優(yōu)異的機(jī)械性能及光學(xué)性能。石墨烯薄膜電阻僅有420方阻,展現(xiàn)了優(yōu)異的超級(jí)電容器性能。在循環(huán)充放電7500圈后,該薄膜電容值保留高達(dá)91.4%。
據(jù)介紹,該薄膜僅由兩層氧化石墨烯單層膜組成,厚度僅為22納米,無需輔助材料即可實(shí)現(xiàn)自支撐,并可通過增減單層膜層數(shù)實(shí)現(xiàn)厚度和性能的可控調(diào)節(jié)。同時(shí),該薄膜橫向尺寸達(dá)厘米級(jí),具備可裁剪性和優(yōu)異的拉伸性,且對強(qiáng)酸強(qiáng)堿高度兼容。