近日，中科院大連化物所吳忠?guī)浹芯繂T和包信和院士在微型儲能器件方面的研究工作受到了國際同行的廣泛關(guān)注，應(yīng)邀在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上發(fā)表題為“面向平面化微型電池和微型超級電容器的道路：從二維到三維的器件構(gòu)型”的進(jìn)展報告。

微型化與自供電電子系統(tǒng)的快速發(fā)展與模塊化，迫切需要開發(fā)電化學(xué)微型儲能器件，主要包括微型電池和微型超級電容器。其中，平面化微型電池和微型超級電容器由于可以直接在單一基底上與微電子器件集成，進(jìn)而構(gòu)建成為獨立的或補充的微電源，吸引了廣泛的關(guān)注。該進(jìn)展報告重點介紹了平面化微型電池和微型超級電容器的發(fā)展歷程和最新進(jìn)展，從基本原理到設(shè)計原則，從平面內(nèi)構(gòu)型(叉指型)到堆疊型的幾何構(gòu)型，以及從二維到三維的器件構(gòu)型;探討了關(guān)鍵電極材料、電解質(zhì)、器件構(gòu)型、微電極制備技術(shù)，以及電極/電解質(zhì)/集流體等界面對微型儲能器件電化學(xué)性能的影響;最后提出了高比能與多功能化平面微型電池和微型超級電容器的技術(shù)挑戰(zhàn)、可行性解決方案和未來的發(fā)展方向。

吳忠?guī)泩F(tuán)隊長期致力于二維材料及其微型儲能器件的研究，取得了一系列重要研究進(jìn)展：提出了電化學(xué)剝離摻雜、超分子分級自組裝、二維納米單元軟模板等新方法，制備出石墨烯和摻雜石墨烯、超分子噻吩、黑磷烯、MXene 、介孔氧化物/聚合物、Angew. 等多種二維納米能源材料;提出了紫外光還原、掩模版輔助過濾新技術(shù)高效制備微電極，建立了高比能、柔性化、高安全微型儲能器件的構(gòu)建原則，研制出多種不同平面構(gòu)型微型儲能器件，如離子液體凝膠基微型超級電容器，任意形狀微型超級電容器，鋰離子微型電容器，鋰離子微型電池，鋅離子微型電池。提出了微電極、導(dǎo)電連接體和柔性集流體一體化構(gòu)筑新策略。研制出高集成度化微型超級電容器模塊，輸出工作電壓超過100V。

這些平面化微型儲能器件有望在未來的智能可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療大健康、微系統(tǒng)、智慧城市等方面得到市場應(yīng)用。