來源：《中國科學(xué)報(bào)》 第3版 綜合
發(fā)布時(shí)間：2024-04-18
本報(bào)訊（見習(xí)記者孫丹寧）中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)與該所研究員陸瑤、德國馬克斯·普朗克微結(jié)構(gòu)物理學(xué)研究所教授馮新亮等合作，發(fā)展了圖案化黏附性基底誘導(dǎo)電解質(zhì)定向沉積的新策略，實(shí)現(xiàn)了在大面積、高集成度、超小型化微電極陣列上的電解質(zhì)高效、快速、精確添加，研制出高集成度和高性能一致性的小型化單片集成微型超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。
為適應(yīng)小型化、可穿戴、可植入微電子設(shè)備的快速發(fā)展，急需發(fā)展具有小體積、高集成度、高性能和高兼容度的微型儲(chǔ)能器件。平面微型超級(jí)電容器同時(shí)具有可靠的電化學(xué)性能和易于調(diào)控的連接方式，在微電子領(lǐng)域有發(fā)展?jié)摿?。然而，由于缺少可靠的高精度微電極陣列制備和高效的電解液精確沉積技術(shù)，大規(guī)模制備高集成度、高性能、可定制的微型超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊具有挑戰(zhàn)性。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種普適、可控的電解質(zhì)定位自組裝新策略，實(shí)現(xiàn)了在高面數(shù)密度的大規(guī)模微電極陣列上電解質(zhì)微液滴的精確快速定位添加，并結(jié)合高精度的光刻和自動(dòng)噴涂技術(shù)，研制出具有高面積數(shù)密度、高輸出電壓、性能穩(wěn)定的集成化微型超級(jí)電容器模塊。
團(tuán)隊(duì)首先采用高精度光刻加工技術(shù)和高穩(wěn)定性自動(dòng)噴涂技術(shù)，制備出超小型集成化微型超級(jí)電容器電極陣列。隨后，利用光刻和表面改性技術(shù)在集成模塊的表面設(shè)計(jì)構(gòu)建出圖案化黏附性，實(shí)現(xiàn)了極小區(qū)域內(nèi)電解質(zhì)的精確、快速均勻添加，5秒鐘就完成了集成模塊1萬個(gè)微器件單元電解質(zhì)的限域，同時(shí)保障相鄰單元微器件之間形成良好的電化學(xué)隔離。此外，該微型超級(jí)電容器模塊在190V的極端工作電壓下，循環(huán)9000次后，仍保持將近100%的初始容量。
利用平面微型超級(jí)電容器靈活多樣的連接方式，團(tuán)隊(duì)還研制出一種由無線充電線圈和微型超級(jí)電容模塊組成的無縫集成超緊湊型微系統(tǒng)，無線充電僅2秒即可為顯示屏供電30分鐘。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47216-5
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