可扩展微型超级电容器（MSCs）在创新能源供应领域具有广阔前景。然而，其应用常受限于低效图案化工艺和低能量密度。本文，天津科技大学陈晓婷 副教授、Faming Gao、万同 副教授、韦会鸽 副教授等在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Patterned micro-supercapacitors based on fluorine-doped laser-induced graphene/polyaniline composite electrodes”的论文，研究采用氟化聚酰亚胺薄膜（FF-PI）作为前驱体，经激光照射后结合电沉积技术，制备出氟掺杂激光诱导石墨烯/聚苯胺（FF-LIG/PANI）交指电极。
通过激光直接书写获得的FF-LIG具有高度多孔的微观结构和较大的比表面积（1083.2 m²/g），为PANI的均匀沉积提供了理想的支架。PANI引入的伪电容效应显著提升了电容性能。在PANI电沉积的9次最佳循环次数下，FFP9-MSC在0.3 mA/cm²电流密度下实现180.6 mF/cm²的面积电容，是商用聚酰亚胺（CPI）制备的MSC的162.2倍。对应能量密度达15.62 μWh/cm²，功率密度为0.12 mW/cm²。其高能量密度特性与简化生产工艺，使其在未来微电子器件应用领域展现出广阔前景。
图1. (a) Schematic diagram of the preparation of FFPX MSCs. (b) Digital picture of FFP9 MSC. SEM images of (c) C-LIG, (d) F-LIG (e) FF-LIG and (f) FFP9. (g) TEM images, (h) High resolution TEM images and (i1-i4) Elemental mapping of FFP9.
综上所述，通过采用氟化聚酰亚胺薄膜作为基底，并整合液相沉积与电沉积技术，我们成功制备出高性能图案化氟化聚酰亚胺/聚苯胺复合电极。在液相沉积过程中，氟元素在孔隙形成中发挥关键作用，使生成的液相沉积聚苯胺呈现多孔结构并具有极大的比表面积。该多孔结构有利于加速电解质离子的传输。同时，部分氟元素渗入石墨烯晶格，显著提升了电导率。随后通过电沉积PANI引入伪电容效应。值得注意的是，FF-LIG的多孔结构为PANI的均匀沉积提供了理想条件。在氟掺杂体系中，基于含两种含氟单体的聚酰亚胺制备的FF-LIG凭借其多孔结构与大比表面积，展现出最优电化学性能。经电沉积参数优化后，经9次循环电沉积的FF-LIG/PANI复合电极制备的FFP9-MSC，其面积电容与能量密度均达最高值。当电流密度为0.3 mA/cm²时，其面积电容达180.60 mF/cm²，对应能量密度为15.62 μWh/cm²，功率密度为0.12 mW/cm²，面积电容是商用聚酰亚胺制备的MSC的162.2倍。本研究中FFP9-MSC的能量密度-功率密度组合表现优于先前报道的LIG基超级电容器。串并联连接与弯曲稳定性测试证实，FF-LIG/PANI电极材料作为可集成微柔性超级电容器具有卓越潜力。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.167792
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