研究人员开发出新型单片集成微型超级电容器

具有高系统性能、优异的电池数密度、可调电容和输出电压的微型电化学储能系统有望用于小型化电子产品。

由中国科学院大连化学物理研究所吴中帅研究员、路遥研究员领衔，深圳先进技术研究院程惠明研究员课题组合作的联合研究团队，中国科学院金属研究所开发了具有超高系统体积性能和面输出电压的单片集成微型超级电容器。

该研究于11月26日发表在《国家科学评论》上。

片上交叉指状微型超级电容器(MSC)，没有隔板和外部金属连接线，同时具有可靠的电化学性能和可调连接，可以提高单片集成MSC(MIMSC)的电池数量密度和系统性能，并在有限的范围内实现理想的可定制性空间。

然而，大规模生产具有高系统性能、卓越的细胞数密度和可调性能的全功能紧凑型MIMSCs仍然具有挑战性。这是由于难以将电解质精确沉积在密集堆积的MSC上以进行电化学隔离，在复杂的微加工过程中会牺牲电化学性能，以及大规模阵列中众多单个电池之间的性能均匀性有限。

在这项研究中，研究人员开发了一种通用且大通量的微细加工策略，通过结合多步光刻图案化、MXene微电极的喷涂印刷和凝胶电解质的可控三维(3D)打印来解决上述问题。

他们通过利用用于微电极沉积的高分辨率微图案化技术和用于精确电解质沉积的3D打印技术，制造了电化学隔离微型超级电容器的整体集成。

他们获得的MIMSCs具有28个细胞cm-2的高面数密度(400个细胞在3.5×4.1cm2上)，创纪录的面积输出电压为75.6Vcm-2，可接受的全身体积能量密度为9.8mWhcm-图3以及在162V输出电压下4,000次循环后的92%的高电容保持率。

吴教授说：“这项工作为为未来微电子提供动力的单片集成和微型储能组件铺平了道路。”