应用3D打印技术制备准固态微型超级电容器(MSCs)在可编程结构设计和高质量负载电极制造方面具有固有的优势.然而,缺乏高性能的可打印墨水和厚电极内缓慢的离子传输,对其实际电荷存储能力提出了重大挑战.本文成功开发了一种具有优异流变...应用3D打印技术制备准固态微型超级电容器(MSCs)在可编程结构设计和高质量负载电极制造方面具有固有的优势.然而,缺乏高性能的可打印墨水和厚电极内缓慢的离子传输,对其实际电荷存储能力提出了重大挑战.本文成功开发了一种具有优异流变性能的新型NiCo_(2)S_(4)基纳米复合墨水,并结合直墨书写的3D打印技术合理设计了准固态MSCs的三维结构.得益于牢固锚定在还原氧化石墨烯(rGO)表面的NiCo_(2)S_(4)纳米颗粒和有序的三维微孔,锯齿状厚电极提供了丰富的反应位点并增强了离子传输.因此,三层锯齿状MSCs的面电容高达416.7 mF cm^(-2).在1 mA cm^(-2)的电流密度下,单层、双层和三层电极的锯齿状MSCs的面电容与相对应的网格状MSCs相比,分别增加了127.1%、349.8%和585.9%.本工作为高面电容MSCs的材料和电极结构的跨尺度设计提供了新见解,推动了MSCs在柔性便携式电子设备中的集成应用研究.展开更多
作为微电池的核心指标之一,面积功率密度决定了微电池与应用于物联网的微电子器件集成时所需的面积.目前,由于微电子器件尺寸有限,微电池的实际应用受到低面积功率密度的限制.本文研究发现,经过原位等离子体预处理衬底后,溅射的铁氧硫...作为微电池的核心指标之一,面积功率密度决定了微电池与应用于物联网的微电子器件集成时所需的面积.目前,由于微电子器件尺寸有限,微电池的实际应用受到低面积功率密度的限制.本文研究发现,经过原位等离子体预处理衬底后,溅射的铁氧硫化物薄膜(FeOxSy)具备超高功率特性.这种原位等离子体预处理可作为一种通用的界面优化策略来抑制长循环过程中的机械衰变.该正极薄膜展现出极高的功率密度和稳定的循环性能,这是由其高度的结构完整性(强大的界面粘附性和应力释放的岛)、完美的电化学可逆性以及近表面电荷交换(赝电容锂存储机制)的协同作用导致的.预处理的FeOxSy薄膜可以输出高达14.6 mW cm-2的功率密度和291μW h cm^(-2)μm^(-1)的体积能量密度.制备得到的正极薄膜的功率密度优于已报道的具有相当面积容量的溅射薄膜.本工作提出了一种简单且高效的预处理方法来制备具有超高功率密度且稳定的微电池薄膜电极.展开更多
基金financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.U22A20118)Natural Science Foundation of Fujian Province (No.2023J01400)+1 种基金Fujian Science&Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China (No.2021ZZ122)Award Program for Fujian Minjiang Scholar Professorship。
文摘应用3D打印技术制备准固态微型超级电容器(MSCs)在可编程结构设计和高质量负载电极制造方面具有固有的优势.然而,缺乏高性能的可打印墨水和厚电极内缓慢的离子传输,对其实际电荷存储能力提出了重大挑战.本文成功开发了一种具有优异流变性能的新型NiCo_(2)S_(4)基纳米复合墨水,并结合直墨书写的3D打印技术合理设计了准固态MSCs的三维结构.得益于牢固锚定在还原氧化石墨烯(rGO)表面的NiCo_(2)S_(4)纳米颗粒和有序的三维微孔,锯齿状厚电极提供了丰富的反应位点并增强了离子传输.因此,三层锯齿状MSCs的面电容高达416.7 mF cm^(-2).在1 mA cm^(-2)的电流密度下,单层、双层和三层电极的锯齿状MSCs的面电容与相对应的网格状MSCs相比,分别增加了127.1%、349.8%和585.9%.本工作为高面电容MSCs的材料和电极结构的跨尺度设计提供了新见解,推动了MSCs在柔性便携式电子设备中的集成应用研究.
基金supported by the Award Program for Fujian Minjiang Scholar Professorship,the National Natural Science Foundation of China(11704071 and 51871188)the Excellent Youth Foundation of Fujian Scientific Committee(2019J06008)+1 种基金Fujian Science&Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China(2021ZR146)Fujian Provincial Department of Industry and Information Technology(82318075)。
文摘作为微电池的核心指标之一,面积功率密度决定了微电池与应用于物联网的微电子器件集成时所需的面积.目前,由于微电子器件尺寸有限,微电池的实际应用受到低面积功率密度的限制.本文研究发现,经过原位等离子体预处理衬底后,溅射的铁氧硫化物薄膜(FeOxSy)具备超高功率特性.这种原位等离子体预处理可作为一种通用的界面优化策略来抑制长循环过程中的机械衰变.该正极薄膜展现出极高的功率密度和稳定的循环性能,这是由其高度的结构完整性(强大的界面粘附性和应力释放的岛)、完美的电化学可逆性以及近表面电荷交换(赝电容锂存储机制)的协同作用导致的.预处理的FeOxSy薄膜可以输出高达14.6 mW cm-2的功率密度和291μW h cm^(-2)μm^(-1)的体积能量密度.制备得到的正极薄膜的功率密度优于已报道的具有相当面积容量的溅射薄膜.本工作提出了一种简单且高效的预处理方法来制备具有超高功率密度且稳定的微电池薄膜电极.
