電化學電容器具有可快速充電、功率高、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、安全性能高等優(yōu)點，可用作大功率電源，在混合電動汽車、備用電源、便攜式電子設備等領域都具有廣闊的發(fā)展前景。然而電化學電容器相比于電池其能量密度較低，即單位體積內(nèi)儲存的能量低，限制了其更廣泛的應用范圍，尤其是在便攜式智能設備中的應用， 需要進一步提高體積能量密度。近日，中國科學院金屬研究所與英國倫敦大學學院及香港大學合作，在《自然-能源》(Nature Energy)在線發(fā)表題為“可調(diào)層間距、高效孔利用石墨烯薄膜的電化學電容儲能研究”的研究論文。

研究人員制備了不同比例的氧化石墨烯和熱膨脹還原石墨烯的混合溶液，經(jīng)過真空抽濾，得到片層間距可調(diào)節(jié)的復合石墨烯基薄膜。通過調(diào)控片層間距，實現(xiàn)了優(yōu)化整個電極材料孔隙率的效果。當電極材料的孔隙尺寸與電解液的離子尺寸相匹配時，孔隙的空間利用達到了最優(yōu)化，從而極大化了體積能量密度。在此基礎上，科研人員設計了全固態(tài)柔性電化學電容器，石墨烯薄膜電極材料本身良好的彎折性能，保證了整個器件的柔性，并進一步發(fā)展了智能器件，通過根據(jù)實際需求改變電路連接方式，實現(xiàn)了不同的輸出效果。

該合作研究的實驗工作由英國倫敦大學學院李莊男博士在中科院金屬所合作研究完成， 所有作者共同參與了數(shù)據(jù)分析、討論及論文撰寫工作。李莊男博士為第一作者，李峰研究員、Ivan Parkin教授、郭正曉教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院、英國工程物理研究委員會、香港大學浙江研究院等項目資助。