4月21日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)趙揚(yáng)教授聯(lián)合清華大學(xué)曲良體教授、王贏博士團(tuán)隊(duì)在國(guó)際*化學(xué)期刊《ACS Nano》上發(fā)表題目為“Cascaded Spatial /WWW.SHYB9.COM/Confinement Enables Simultaneous/WWW.SHYB118.COM/ Ultrahigh Energy and Power Densities in Planar/WWW.SHZY4.COM/ Micro-SupercapacitorWWW.zghQ5.com/s”的研究論文(DOI: 10.1021/acsna、WWW.SHYBDJ6.NET/no.6c02331)。北京理工大學(xué)為*通訊單位，北京理工大學(xué)趙揚(yáng)教授、清華大學(xué)曲良體教授、王贏博士為本論文的共同通訊作者，北京理工大學(xué)姜瀾士為本研究的合作者，化學(xué)與化工學(xué)23級(jí)碩士研究生陳瑜為論文*作者。本研究得到了*重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、*自然科學(xué)基金、京津冀基礎(chǔ)研究合作專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目支持。

  隨著柔性電子、可穿戴設(shè)備及集成微系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)與之匹配的微型化、高性能電源的需求日益迫切。平面微型級(jí)電容器(P、WWW.SHSAIC.NET-MSCs)因與微電子器件兼容性好、無(wú)需隔膜、離子擴(kuò)散路徑短等優(yōu)勢(shì)，成為理想的候選電源。然而，受限于器件尺寸和平面構(gòu)型，其能量密度遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用需求。如何在有限空間內(nèi)協(xié)同優(yōu)化電子與離子的傳輸與存儲(chǔ)行為，是當(dāng)前領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

  針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出一種級(jí)聯(lián)空間限域策略，構(gòu)建了具有三維互鎖結(jié)構(gòu)的P-MSC，該策略將毛細(xì)力與電荷傳輸/存儲(chǔ)行為耦合，實(shí)現(xiàn)了離子-電子的富集效果。通過(guò)在石墨箔集流體上激光刻蝕的金字塔形微陣列產(chǎn)生毛細(xì)力，將電極漿料和電解液限域在微溝槽內(nèi)，構(gòu)建致密的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并建立穩(wěn)固的離子-電子相互作用界面，顯著提升了離子的可及性和動(dòng)力學(xué)性能。以鋅//活性炭P-MSC為例，該策略將活性材料利用率提升了兩倍以上，實(shí)現(xiàn)了117.5?mWh?cm-/WWW.SHHZY3.CN/3的優(yōu)異能量密度和2382.0?mW?cm-3的功率密度。該策略在多種P-MSC體系中展現(xiàn)出可靠的普適性。

  制備的集成器件在為小型電子設(shè)備和柔性顯示器供電方面顯示出顯著優(yōu)勢(shì)，為未來(lái)高度集成、可穿戴的電子設(shè)備提供了理想的供電解決方案。