Advanced Materials 文献导读： 通过直接打印电化学剥离石墨烯浆液的超柔软的平面微型超级电容器

电子产品越来越朝着一种趋势发展，那就是小、小、再小，直至微型。这给我们的供能设备提出了更多的要求。商业化的微型电池（或薄膜电池）的发展给微型电子器件带来了希望，但是其存在许多致命的缺点，如循环寿命短、突然失效、低温失效以及安全性隐患等问题，这就需要寻找更合适的微型储能设备来弥补。微型超级电容器是有望补充甚至替代微型电池的一类微型储能设备，近年来已经获得了极大的发展。

图1 微型电子器件趋势势不可挡

近日，马克斯-普兰克分子研究所的冯新亮及Klaus Müllen两位教授的团队开发出一种全新的方法制备平面微型超级电容器。他们将电化学剥离的石墨烯（EG）单独或与聚噻吩（PEDOT）混合的浆液直接喷涂或者打印在纸或超薄PET上，获得了目前碳基材料性能最优异的平面微型超级电容器。该方法甚至可以直接移植到商用打印机将微型超级电容器打印在纸上，展现出极大的商用化普及前景。

图2 电化学剥离石墨烯的方法及其相应表征 (a) 获取EG浆液的流程图。 (b) EG片层的AFM测试，平均厚度约1.82 nm。 (c) EG片层的TEM表征。 (d) EG片层的SEM表征。 (e) 双层石墨烯的SAED图 (f) EG片层的C 1s的高分辨XPS谱线。 (g) EG的选区拉曼图谱，显示出I_D/I_G及I_2D/I_G比率。

图3 EG片层组成的平面微型超级电容器的制备过程、作为储能装置功能的展示以及相应的电化学性能。 (a) 通过掩膜辅助喷涂的方法直接制备EG基平面微型超级电容器于硅片和纸基底上，并将四个器件串联起来点亮LED。(b) 不同扫速下的EG基平面微型超级电容器循环伏安（CV）曲线。(c) EG基平面微型超级电容器的倍率性能（不同扫速下的电容量）。插图为单个纸基底上的EG基平面微型超级电容器。

图4 (a-e) EG/PEDOT混合浆液基平面微型超级电容器在扫速从10 mV s^-1 到1000 mV s^-1 的CV曲线。(f) 相应的倍率性能展示,几乎无衰减。

图5 EG/PEDOT混合浆液基平面微型超级电容器的电化学性能及其应用前景展示。 (a) EG/PEDOT混合浆液基平面微型超级电容器在不同扫速下的CV曲线。 (b) 四个串联的器件点亮红色LED灯。 (c) 利用商用的打印机可以直接将该种微型超级电容器打印出来，约10分钟在一张A4纸上打出10个器件。

图6 超薄PET基底上获得的EG/PEDOT混合浆液基平面微型超级电容器的电化学性能极其超柔软性能展示。 (a) PET基底上的EG/PEDOT混合浆液基平面微型超级电容器在不同扫速下的CV曲线。 (b) 在超薄PET基底制备的器件比头发还薄，且能紧贴于人体皮肤上甚至缠绕在手指上。(c-d) 在超薄和普通厚度的PET上所制备的器件在1000次的弯曲循环下的电容保持率性能，几乎无衰减。插图展示了平面，弯曲以及变形的状态。

展望： 在纸或超薄PET上方便制备出高性能的柔性平面微型超级电容器是微型储能设备的一大进步，这将为可穿戴微型电子设备的进一步发展提供良好的平台和基础，使柔性可穿戴的潮流更大步地向前推进！

该成果于2016年3月发表在Advanced Materials（IF：17.493）上 ，点我下载。

该文献解读由材料人新能源学习小组孙鹏供稿，参与新能源话题讨论请加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，若想参与新能源文献解读和文献汇总、新能源知识科普和深度挖掘新能源学术产业信息，请加qq 2728811768。