研制新型高电压钾离子微型超级电容器

来源：《中国科学报》2021-03-30 09:56

　　柔性钾离子微型超级电容器与压力传感器集成。中科院大连化学物理研究所供图

　　近日，中科院大连化学物理研究所研究员吴忠帅团队开发出一种基于MXene衍生钛酸钾负极材料的高电压钾离子微型超级电容器，并构建出微型超级电容器—压力传感器的集成微系统。相关研究成果发表于《先进能源材料》。

　　由于超高的功率密度、快速的充放电速率和长寿命，微型超级电容器在柔性、可穿戴、可植入微电子领域有着巨大潜力，然而其仍存在能量密度较低和电位窗口较窄等问题。在众多金属离子中，钾离子资源丰富、还原电位低，且在非水电解质中具有较弱的溶剂化效应和较小的斯托克斯半径，这有助于提高钾离子转移数和离子导电性。但是，钾离子微型超级电容器的关键材料与器件合理设计仍然存在挑战。

　　研究中，团队发展了同时氧化和碱化MXene的策略，制备出新型钛酸钾纳米棒材料。该材料具有较大的长径比和离子扩散系数以及较高的储钾比容量。而后，研究人员以钛酸钾为负极，活化石墨烯为正极，结合高电压的离子液体凝胶电解液，构建出新型钾离子微型超级电容器。该电容器具有3.8V的高电压窗口，优于此前报道的微型超级电容器，体积能量密度达到34.1mWh/cm3，具有优异的倍率性能和循环性能。此外，该电容器在同一柔性基底上与压力传感器兼容集成可以灵敏地监测身体运动。

　　团队介绍，该研究不仅为高性能微型超级电容器的设计提供了新思路，还为微型超级电容器供电柔性电子器件提供了范例。（记者卜叶）

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