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Chem. Eur. J. :微型超级电容器的规模化制备与集成应用2024-03-22
微型超级电容器具有独特性,是一种极具发展前景的储能器件。西南交通大学张海涛教授团队就微型超级电容器的规模化制备和多样化集成应用进行分析与概述。首先阐述了微型超级电容器的储能机制及设计高性能器件的指导准则,随后介绍了电极材料规模化制备和微型超级电容器微纳加工技术的最新进展。同时,本文还概述了目前微型超级电容器的关键应用领域,包括多功能微型超级电容器、储能系统集成、能量转化与存储集成、一体化集成系统。文章最后探讨了当前微型超级电容器发展所面临的主要挑战:电极的规模化制备、发展高精度可控的加工技术和规模化集成化的制备。讨论了未来的发展方向,即提高微型超级电容器的性能,降低生产成本,实现规模化制备。本文为推动微型超级电容器从实验室创新到市场实际应用,提供一定指导。

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图1 微型超级电容器的规模化制备与集成应用概述图

在当今科技驱动型社会中,各类微型和多功能化电子设备层出不穷,如微型机电系统、可穿戴设备、植入式医疗元件和各类传感器。种类繁多的应用场景,使得储能系统需具备多样兼容性,能够兼顾高功率、长循环寿命、微型化、便携性和可穿戴性。微型超级电容器具有体积小、充放电速度快、功率密度高和循环寿命长的特点,能够应对这一挑战,成为驱动各类微型和多功能电子设备的理想选择。

作为一种新型前沿储能器件,微型超级电容器仍然面临着一系列亟待解决的问题和挑战。首先,如何实现微型超级电容的规模化制备。虽然传统的超级电容器制备技术已经相对成熟,但大规模、阵列化制备微型超级电容器的技术仍然不足。这其中涉及到具有优异电化学性能电极的规模化制备、电极—电解质界面的耦合和匹配、高效率和高精度微纳加工技术的开发。在规模化的制备过程中,微小的差异都会严重影响微型超级电容器的性能。因此,必须建立严格的评价机制,确保每个器件都符合规定的标准。

另一方面,虽然微型超级电容器有很高的集成潜力,但其能量密度低的缺点,无法长时间供能,在实际应用存在一定局限性。当前,微型超级电容器的应用还处在探索阶段,主要集中在多功能化和与各类系统的集成应用。

本文主要围绕微型超级电容器的规模化制备和实际应用两方面,详细论述了微型超级电容器规模化制备的设计准则、材料的规模化合成与制备、微型器件的加工技术、器件性能评估以及微型超级电容器的实际应用。最后,我们对微型超级电容器的未来发展和面临的挑战,提出了一些见解。

文信息

Large-Scale Production and Integrated Application of Micro-Supercapacitors

Yanting Xie, Prof. Haitao Zhang, Prof. Haitao Hu, Prof. Zhengyou He

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202304160

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