华南理工《JMST》：无掩模制备石墨烯电极，用于片上微型超级电容器

成果简介

结构设计合理的石墨烯基电极在增强微型超级电容器（MSCs）双电层电容方面具有非凡的前景。本文，华南理工大学袁伟教授团队在《Journal of Materials Science & Technology》期刊发表名为“Direct Mask-Free Fabrication of Patterned Hierarchical Graphene Electrode for On-Chip Micro-Supercapacitors”的论文，研究展示了通过使用激光处理膜进行电极图案化，并辅以充分利用尺寸确定的功能性石墨烯的分层电极配置，证明了基于分层石墨烯的柔性平面MSC的简单制造方法。

在功能化聚丙烯（PP）膜的帮助下，通过真空过滤定义了MSCs的平面内叉指形状。基于不同横向尺寸石墨烯片（rGO-LSL）的尺寸效应，通过宏观组装构建了多级石墨烯薄膜。基于rGO-LSL（MSCs-LSL）的MSCs样品表现出6.7 F cm−3的优异体积电容和0.37 mWh cm−3的高能量密度。MSCs-LSL具有出色的灵活性和循环稳定性，在2000次循环后电容没有下降。这种新开发的制备策略具有良好的可扩展性和可设计性，可以制造具有定制形状的MSCs柔性电极，而分层石墨烯的构建可以启发类似二维材料的结构设计，用于潜在的先进电子学。

图文导读

图1.无掩模分层石墨烯电极用于柔性MSCs-LSL的流程

图2.rGO的表征。

图3. (a-c) rGO-LSL, (b) rGO-L, rGO-S电极的横截面SEM图像。(d/e) rGO-L,  rGO-S的俯视SEM图像。(f) rGO-S的高分辨率SEM图像。(g) 关于rGO-LSL电极中离子扩散和电子转移路径的机制示意图。(h) rGO-LSL、rGO-L和rGO-S电极的电导率。

图4.MSCs LSL、MSCs-L和MSCs-S的电化学表征。

图5. (a) 在1000 mV s-1下测量的MSCs-SLL在0到180°不同弯曲角度下的CV曲线。(b) MSCs-SLL在每500个弯曲周期后在1000 mV s-1记录的弯曲稳定性，共10000个周期。(c) MSCs-SL和以前报道的微型储能装置的Ragone图。(d) MSCs-SLL在扫描速率为50 mV s-1时的循环性能。(e) 单个器件和串联器件在1000 mV s-1下的CV曲线。(f) 四个串联的MSCs的照片，显示用于点亮LED的 “SCUT “字符。

小结

综上所述，这项工作为平面内柔性MSCs-SL开发并展示了一种简便的电极制造技术。这种基于分层石墨烯的柔性MSCs电极的实用制造策略被认为为制造先进的电子产品如传感器设备提供了新的途径，并激发了未来基于二维分层材料的结构电极的研究思路

文献：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.09.052