基于石墨烯薄膜的一体化柔性超级电容器

目前，随着便携和柔性电子设备的高速发展，柔性超级电容器受到越来越多的关注。以石墨烯代表的碳材料作为电极材料具有良好的双电层电容特性和力学性能，有望获得高性能的柔性薄膜超级电容器，但是通常制备柔性自支撑电极和超级电容器的方法具有制备工艺复杂、电极材料和集流体界面兼容性差、成本较高等缺点。

近期，清华大学深圳研究生院和天津大学先进碳/纳米能源材料联合团队通过连续抽滤氧化石墨烯（GO）-TiO₂分散液、GO分散液和GO-TiO₂分散液，首先获得具有良好柔性的GO-TiO₂/GO/GO-TiO₂薄膜，利用TiO₂纳米颗粒的光催化特性，在紫外光照射下将GO原位还原成石墨烯（rGO），从而获得了具有三明治结构的rGO-TiO₂/GO/rGO-TiO₂柔性薄膜。该薄膜可以直接作为一体化的柔性超级电容器并表现出优异的电化学性能，其中两侧的rGO-TiO₂层分别作为活性材料，GO层在中间作为隔膜的同时，还可以有效的储存电解液。这种温和的光催化还原过程避免了普通化学还原以及热处理还原等方法对薄膜结构的破坏并保留了三层结构之间良好的界面接触，保证了薄膜在还原后仍具有良好的柔性特征。该器件表现出高体积比容量（237 F cm^-3）和体积能量密度（16 mWh cm^-3），同时具有优异的柔性，在大角度弯折时仍能保持良好的容量和循环性能。这种一体化超级电容器的结构为柔性储能器件的设计提供了一种新设计思路。相关结果作为封面文章发表在Advanced Materials Interfaces（DOI: 10.1002/admi.201700004）上。