多孔電極材料的案例
采用COMSOL分析多孔電極材料與氧氣電反應(yīng)強度分布
本案例從CT掃描微觀粒子斷層數(shù)據(jù)中，重建起來三維模型，計算氧氣電化學(xué)反應(yīng)，橫向?qū)Ρ炔煌螒B(tài)微觀粒子的反應(yīng)強度分布。
通過對微觀粒子重建、分析，可以有效評估該粒子的多種性能表現(xiàn)，輔助研究人員快速發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化所需的粒子體系。
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《自然·通訊》嵌段共聚物制備的多孔碳纖維贗電容電極
該碳纖維作為贗電容器電極材料基底，在電極中同時實現(xiàn)了高載量的活性物質(zhì)以及極低的電子/離子傳導(dǎo)阻力。在7 mg/cm2活性物質(zhì)載量下，實驗測得二氧化錳在碳纖維上的活性達到了理論值的84%。 該研究成果目前以題為“Block Copolymer Derived Uniform Mesopores Enable Ultrafast Electron and Ion Transport at High Mass Loadings”的論文發(fā)表于Nature Communications，第一作者為劉田宇博士后。
本工作的亮點在于利用嵌段共聚物的自組裝（圖1），從分子層面上設(shè)計了多孔贗電容電極基底材料，并同時獲得了通常互斥的兩個電極性能——高載量和快速離子、電子傳輸能力。作者利用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合（RAFT）合成了PAN-b-PMMA嵌段共聚物，然后利用靜電紡絲技術(shù)（electronspinning）將PAN-b-PMMA轉(zhuǎn)化為聚合物纖維。在第一步加熱（280°C）過程中，PAN-b-PMMA 發(fā)生相分離并實現(xiàn)納米級自組裝，形成了無規(guī)則雙連續(xù)的PAN和PMMA相。同時，空氣中的氧氣促進PAN分子間成環(huán)交聯(lián)從而保證了高碳產(chǎn)率。后續(xù)高溫灼燒將PAN碳化生成相連的碳纖維骨架，而PMMA則完全分解形成互相聯(lián)通的介孔。不同于傳統(tǒng)的PAN以及通過軟、硬模板法制備的碳纖維，由PAN-b-PMMA生成的多孔碳纖維的介孔孔徑均一，孔孔相互聯(lián)通，且均勻分布于整個碳纖維 。該獨特的孔結(jié)構(gòu)使得該多孔碳納米纖維成為高性能贗電容電極基底材料。大量的介孔為附載高質(zhì)量的贗電容活性材料提供了豐富的活性表面；連續(xù)的碳骨架為電子提供了快速的傳導(dǎo)通道；相互連通的介孔有利于贗電容活性材料在碳纖維內(nèi)部沉積并加速離子在孔內(nèi)的傳導(dǎo)。
圖1. 負(fù)載MnO2的多孔碳纖維電極制備示意圖。
展開 《AFM》一種用于柔性超級電容器的3D多孔蜂窩狀納米片集成電極
另一方面，過渡金屬氮化物（TMNs）被認(rèn)為是高性能儲能器件的潛在電極材料。然而，電化學(xué)反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性嚴(yán)重阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。克服這一障礙的一般方法是在導(dǎo)電基底上制備納米復(fù)合材料TMN。
來自中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所的研究人員，報道了一種蜂窩狀的CoN-Ni3N/N-C納米片通過溫和溶劑方法和氮化后處理在柔性碳布上原位生長。作為超級電容器的集成電極，優(yōu)化后的CoN-Ni3N/N-C/CC由于其固有電導(dǎo)率的提高和活性位點濃度的增加而獲得了顯著的電化學(xué)性能。特別是，由CoN-Ni3N/N-C/CC陰極和VN/CC陽極組裝而成的柔性準(zhǔn)固態(tài)不對稱超級電容器提供了106 μWh·cm-2的出色能量密度、40mW·cm-2的最大功率密度以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性。這項研究為使用新型金屬氮化物構(gòu)建高性能柔性儲能器件提供了新的視角。相關(guān)論文發(fā)表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103073
圖1| a)CoN-Ni3N/N-C/CC合成工藝示意圖，b–d)Ni-Co LDH/CC和e–g) CoN-Ni3N/N-C/CC在不同倍率放大的SEM圖像。
圖2|（a-c）納米片的透射電鏡和（d）HRTEM圖像；e) SAED模式，f) EDX。
圖3| a)可伸縮電極的XRD圖案，b) XPS測量光譜。
展開 ：基于擠壓的多層多孔先進電池電極的3D打印
【小結(jié)】
熱還原合成的分層多孔且無添加劑的hGO網(wǎng)格說明了多孔納米材料和結(jié)構(gòu)清晰的電極設(shè)計的重要性。與2D真空過濾膜相比，3D打印網(wǎng)格的宏觀和微觀孔隙度提高了活性部位利用率以及質(zhì)量/離子傳輸，從而顯著提高了Li-O2電池的整體性能。通過3D打印引入的宏觀和微觀孔隙度是改善總體空氣陰極容量方面最關(guān)鍵的方面，而更小的孔引起的納米孔隙可以進一步改善運輸通路，并將性能提高。因此，這項工作表明有意識地將納米多孔碳基二維材料設(shè)計和實現(xiàn)為自由形式和分層多孔電極結(jié)構(gòu)，可以提高下一代儲能系統(tǒng)的性能，同時為先進電池制造中的AM技術(shù)提供潛在的途徑。
文獻鏈接：Extrusion-Based 3D Printing of Hierarchically Porous Advanced Battery Electrodes（Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201705651）
展開 
Acta Materialia：多孔MnCo2O4納米棒/Ni泡沫電極用于不對稱超級電容器
具有多孔結(jié)構(gòu)的材料是理想的集流體，因為它可以有效地擴大電極材料的比表面積和表面積-體積比，縮短電極和電解質(zhì)之間的電子傳輸路徑和離子傳輸，并且在電荷存儲過程中提供更易接近的法拉第反應(yīng)活性位點。若納米結(jié)構(gòu)材料直接在集流體或?qū)щ娀w上生長，可以有效避免聚合物粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑的添加，這樣不僅大大增加了導(dǎo)電基底上活性材料的性能，還有效地增加了集電器和有源元件之間的接觸面積。因此，直接在集流體上生長納米結(jié)構(gòu)材料能顯著增強超級電容器的電化學(xué)性能。目前有多種制備電極材料的方法，如水熱法，化學(xué)氣相沉積法，熔鹽法等，但這些方法都較為復(fù)雜且耗時，這無疑增加了超級電容器的成本。因此開發(fā)一種高效且環(huán)保的納米結(jié)構(gòu)電極材料新型制備方法仍然是一項艱巨的任務(wù)。
【成果簡介】
近日，渤海大學(xué)許家勝副教授和吉林大學(xué)劉曉旸教授（共同通訊）的研究團隊在Acta Materialia發(fā)表了一篇題為“Fabrication of the porous MnCo2O4 nanorod arrays on Ni foam as an advanced electrode for asymmetric supercapacitors”的文章。在這篇文章中，他們采用一種簡便的合成方法，通過在室溫下進行共沉淀反應(yīng)以及后續(xù)熱處理，成功在三維Ni泡沫（PMCN @ NF）上生長了多孔MnCo2O4納米棒陣列，其能作為不對稱超級電容器的先進電極。該電極具有845.6 F g-1的良好電容（測試條件：1 A·g-1），經(jīng)過2000次循環(huán)測試后，仍有90.2％的初始電容保持率。在此基礎(chǔ)上制得的MnCo2O4 // rGO不對稱超級電容器的開路電壓穩(wěn)定在1.6 V，最大能量密度為53.7 Wh·kg-1（功率密度為1600 W·kg-1時）。當(dāng)功率密度達到8000 W·kg-1時，它的能量密度仍然達到31.6 Wh·kg-1。
展開 青島能源所開發(fā)出新型二維柔性電極材料
該項研究結(jié)果為溶液法制備大面積性能優(yōu)異的柔性電極材料提供了研究思路，開創(chuàng)了新型儲能器件電極材料研究的一個新方向。
該研究獲得了國家自然科學(xué)基金、中科院前沿重點研究項目、山東省自然科學(xué)基金杰出青年基金的支持。（來源：青島能源所）
發(fā)現(xiàn)控制氣體在多孔材料擴散的“局域柔性”材料
多孔材料在氣體存儲和分離方面已經(jīng)取得了突飛猛進的發(fā)展，然而如何控制氣體在多孔材料中的擴散一直是難以解決的問題。1月25日，一項發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究利用金屬—有機框架（MOF）材料這一設(shè)計性極高的結(jié)構(gòu)平臺，在剛性骨架的MOF的籠狀孔壁上編入溫度響應(yīng)的動態(tài)“開關(guān)”，通過控制孔壁微擾來控制氣體分子在多孔材料中的擴散。
論文第一作者、華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點實驗室研究員顧成告訴《中國科學(xué)報》記者：“新材料具有溫度控制的吸附特性，這種獨特的吸附性質(zhì)不僅能讓材料在較高溫度下進行相似氣體的動態(tài)篩分，也可以實現(xiàn)常溫常壓下氣體的物理存儲。”
圖片說明：(A)通過動態(tài)孔道控制氣體擴散的原理示意圖。(B) 1a的晶體結(jié)構(gòu)。 (C) 1a的孔道結(jié)構(gòu)。(D) 溫度響應(yīng)的層內(nèi)擴散控制示意圖；低溫下OPTz單元形成的“門”關(guān)閉，氣體分子無法擴散，高溫下通過熱振動打開“門”，氣體分子進行層內(nèi)擴散。
根據(jù)熱力學(xué)定律，隨著溫度升高，多孔材料對氣體的吸附量會降低。但是MOF材料表觀上違反熱力學(xué)吸附法則，它在各種氣體的沸點溫度附近幾乎沒有任何吸附，但隨著溫度升高氣體吸附量逐漸升高并達到最大值，之后隨溫度升高氣體吸附量又逐漸降低。研究人員發(fā)現(xiàn)，這是熱力學(xué)控制的骨架—氣體相互作用力和動力學(xué)控制的擴散限制相互作用的結(jié)果。
為何MOF材料會出現(xiàn)這樣的結(jié)果？顧成表示，研究人員設(shè)計了一種蝴蝶型的配體，在間苯二甲酸的5-位上引入氧化吩噻嗪，這是一種可以有效發(fā)生熱振動的單元。“這像蝴蝶扇動翅膀一樣，溫度越高，振動幅度越強。”顧成說。
氧化吩噻嗪的熱振動引起了微擾，而這一微擾已足夠為氣體分子擴散打開“大門”。由于MOF材料引入了動力學(xué)控制，在不同的溫度下，“大門”打開的幅度也不相同。
該材料特殊的吸附特性使之有可能在較高溫度下進行相似氣體的高效篩分。
展開 濟州大學(xué)《AEM》綜述：摩擦電納米發(fā)電機摩擦層和電極材料
TENGs的流行歸因于其重量輕、成本低、產(chǎn)量高、材料和器件設(shè)計廣泛。TENG已被研究用于許多應(yīng)用，包括傳感、植入式電源、醫(yī)療保健和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。由于電荷密度(σ)是一種材料特性，因此TENGs的性能在很大程度上取決于材料。此外，還研究了2D材料作為傳統(tǒng)金屬電極的替代材料。聚合物和金屬在傳統(tǒng)摩擦電系列中的主導(dǎo)地位促使研究人員探索新材料，以擴大應(yīng)用范圍，提高TENGs產(chǎn)量。
來自濟州大學(xué)的研究人員綜述了TENGs摩擦層和電極材料的研究進展。詳細討論了輸出增強的機理和器件的應(yīng)用。最后，對TENGs材料發(fā)展的未來和相關(guān)挑戰(zhàn)進行了展望。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202101170
本文從器件應(yīng)用的角度系統(tǒng)地闡述了騰騰材料的研究進展。為了更清楚、更好地理解TENGs產(chǎn)量的提高機理，本文對其增產(chǎn)機理進行了逐一總結(jié)，并提供了相關(guān)資料。介紹了TENGs的基本知識、工作原理、器件模式和FOM。材料領(lǐng)域的巨大進步讓TENGs離商業(yè)化又近了一步。隨著新材料、電源管理電路和穩(wěn)定器件的發(fā)展，可以取代或擴展電池等傳統(tǒng)電源。（文：SSC）
圖 1. TENG 的四種工作模式。
圖2.TENG中用作摩擦和電極材料的材料示意圖，包括2D材料、MOF、COF、天然材料和鐵電材料。
圖 3. 基于 2D 材料的 TENG 中主要里程碑的時間表。
圖4.A)G-TNG器件制作示意圖。B)石墨烯的輥對輥轉(zhuǎn)移過程和具有相應(yīng)電壓輸出的TENG的三維設(shè)計。
圖 5.
展開 2D鐵電材料的層依賴鐵電極化
二維范德華鐵電材料是否具有層依賴的鐵電極化特性也備受關(guān)注。因此，探索層依賴的本征鐵電極化和極化反轉(zhuǎn)以及研究極化關(guān)聯(lián)的輸運對理解二維鐵電極化的物理機制和引導(dǎo)構(gòu)建鐵電基器件極為重要。
在此，來自山西師范大學(xué)的薛武紅副教授和許小紅教授，報道了2H α-In2Se3具有層依賴的鐵電極化現(xiàn)象。與
2H α-In2Se3偶數(shù)層相比，奇數(shù)層具有較大的面內(nèi)電極化且能夠?qū)崿F(xiàn)極化反轉(zhuǎn)；由于面內(nèi)和面外極化的關(guān)聯(lián)性，當(dāng)面內(nèi)極化被電場反轉(zhuǎn)后，面外極化也出現(xiàn)類似的層依賴特性。該結(jié)果豐富了二維材料家族的層依賴物理特性，為有效構(gòu)建極化關(guān)聯(lián)的納米器件（如：存內(nèi)運算和復(fù)雜的神經(jīng)形態(tài)運算等）提供了有意義的指導(dǎo)。
展開 鋰空氣電池電極材料的設(shè)計和機理研究獲進展
鋰空氣二次電池因具有超高的理論比能量而成為國際上的研究與開發(fā)熱點，然而由于其正極復(fù)雜的氣-液-固共存的三相結(jié)構(gòu)，及其在循環(huán)穩(wěn)定性、能量效率等方面所存在的問題，其實際應(yīng)用仍然面臨很大的挑戰(zhàn)，開發(fā)高效的空氣電極催化劑等材料十分迫切。
近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員溫兆銀帶領(lǐng)的團隊在鋰空氣電池電極材料的設(shè)計和機理研究方面取得新進展。他們針對金屬硫化物的催化惰性，以材料晶體結(jié)構(gòu)修飾為手段，成功制備了具有高度晶格畸變的亞穩(wěn)態(tài)金屬硫化物正極材料，具有潛在的應(yīng)用價值，相關(guān)研究成果于近期發(fā)表于《納米快報》（Nano Letters, 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00603）。
同時，他們還成功揭示了鋰空氣電池中間放電產(chǎn)物在氧空位位點的自催化分解反應(yīng)，放電產(chǎn)物自催化分解現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)也可以為未來高效正極的設(shè)計提供新的思路和解決方案，該項成果于近期發(fā)表《納米能源》（Nano Energy, 2017, 36, 186-196. DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.04.038）。
溫兆銀團隊在前期成功合成定向結(jié)構(gòu)三維二硫化鉬材料的基礎(chǔ)上（ACS Nano, 2015, 9 (12), 12464-12472. DOI: 10.1021/acsnano.5b05891），采用低溫液相法成功地設(shè)計了層內(nèi)二硫化鉬/二硒化鉬異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過與美國伊利諾伊斯大學(xué)合作進行的球差校正掃描透射電鏡分析證明了該層狀材料層間和層內(nèi)高度的晶格畸變，且沿相同晶面呈現(xiàn)間距不規(guī)則的特性，這種高度畸變的亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)能夠顯著提升材料的催化活性。原位透射電鏡揭示了鋰離子在材料結(jié)構(gòu)中的快速穿梭和傳輸。此種高活性的催化劑首次成功地實現(xiàn)了金屬硫化物在鋰空氣電池中的穩(wěn)定深度循環(huán)，具有潛在的應(yīng)用價值。
展開 寧波大學(xué)《AFM》：氮硫共摻雜協(xié)同效應(yīng)，助力超長壽命電極材料！
最近，鈮化氧化物因其高理論容量和相對小的體積變化而作為有前途的陽極材料受到廣泛關(guān)注。然而，大多數(shù)鈮基氧化物顯示出有限的離子和電子導(dǎo)電性，這不利于鋰離子在LiB中的放電/充電過程中插入/取出。為了提高電化學(xué)性能，需要合理設(shè)計和實現(xiàn)雜化納米結(jié)構(gòu)，以同時提高離子和電子的電導(dǎo)率。由于協(xié)同效應(yīng)，多雜原子共摻雜碳涂層可以顯著提高電極材料的電導(dǎo)率和傳質(zhì)速率。
來自寧波大學(xué)等單位的研究人員采用一種簡便的硫脲蒸發(fā)法在氧化鈮(GNO@NSC)表面引入氮、硫共摻雜碳涂層。理論計算和實驗結(jié)果證實了GNO@NSC復(fù)合材料中n，s共摻雜的協(xié)同效應(yīng)。氮、硫共摻雜不僅擴大了碳材料的層間距，而且導(dǎo)致更多的鋰存儲活化位點。同時，在GNO上引入共摻雜碳層顯著增強了與GNO的鍵合相互作用，這導(dǎo)致復(fù)合材料具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。因此，GNO@NSC復(fù)合材料具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可逆性、大的比容量和高性能。GNO@NSC納米線提供288毫安時每克的可逆容量，并顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在1A/g的高電流密度下，6000次循環(huán)后，其容量保持率為78.9%。本研究揭示了氮、硫共摻雜碳涂層的作用機理和鈮氧化物性能改善的根源，可為相關(guān)材料的設(shè)計和開發(fā)提供參考。相關(guān)論文發(fā)表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202100311
總的來說，本文采用方便的碳化方法，制備了含缺陷氮、硫共摻雜碳涂層的GeNb18O47納米線。氮硫共摻雜使GNO與碳涂層之間的結(jié)合作用更強、層間距更大、活化位點更豐富，以及碳涂層的邊緣負(fù)吸附能更高。由于上述協(xié)同效應(yīng)，具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的GNO@NSC表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能、長循環(huán)性能和大鋰離子擴散系數(shù)。
展開 
復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù)
復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù).pdf
設(shè)計微米FeS2電極材料---同步構(gòu)建CNT導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)及保護殼
【引言】
FeS2成本低廉，儲量豐富，理論容量可以達到894 mAh.g-1，是高能量密度二次鋰離子電池的候選材料。但是FeS2及其放電產(chǎn)物的電導(dǎo)率較低，而且伴隨FeS2的轉(zhuǎn)換反應(yīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的體積變化以及多硫化物的溶解，導(dǎo)致FeS2容量迅速衰減。納米化可以減小充放電過程中材料的體積變化，提高參與儲鋰反應(yīng)的活性物質(zhì)比例。盡管如此，納米結(jié)構(gòu)會加劇材料相間不利的反應(yīng)，同時造成體系體積能密度降低，與高能量密度電池的設(shè)計要求相差甚遠。與之相比，微米級FeS2粒子作為鋰離子電池的活性材料更具有實用性。然而，微米級FeS2電極材料研究開發(fā)面臨著以下重要的挑戰(zhàn)：體積膨脹嚴(yán)重、Li+擴散條件差、以及有效活性物質(zhì)比例低。
【成果簡介】
北京科技大學(xué)連芳教授研究團隊采用溶劑熱法一步制備了同時具有CNT外部保護殼層和內(nèi)部連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的FeS2/CNT微米材料(FeS2@B-CNTs)。CNT纏繞交織形成的外殼作為強大的機械緩沖層和多硫化物吸附器，保證了電極材料超長循環(huán)周期的電化學(xué)活性。此外，從表面到內(nèi)部的連續(xù)CNTs網(wǎng)絡(luò)縮短了離子和電子的輸運路徑，增強了鋰離子的擴散性能，參與儲鋰反應(yīng)的活性物質(zhì)比例顯著提高。FeS2@B-CNTs電極的首次庫侖效率高達91.3%，在1000 mA.g-1電流密度下循環(huán)500圈后仍具有698 mAh.g-1的容量。同時，此項研究為長循環(huán)壽命、高能量密度的過渡金屬硫化物電極材料的設(shè)計和制備提供了技術(shù)方案。
展開 郭傳飛、任志鋒《先進功能材料》綜述: 柔性電子學(xué)—可拉伸電極及其未來
隨著可穿戴和可植入式電子設(shè)備的出現(xiàn)，以及對智能軟體機器人不斷增長的需求，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已將目光投向了研制開發(fā)同時具有優(yōu)異力學(xué)柔性和電學(xué)特性的功能電子材料，而可拉伸電極材料是基礎(chǔ)關(guān)鍵。
圖1 柔性電極、柔性電子設(shè)備和軟體機器人之間關(guān)系的示意圖
文章系統(tǒng)比較了不同電極材料的光電性能和力學(xué)性能，并對常用電極材料的優(yōu)缺點進行了評述。此外，文章還深入探討了材料的幾何形狀設(shè)計（圖2）、襯底選擇以及電極-襯底粘附力對電極拉伸性能的影響，揭示了設(shè)計制備可拉伸電極的一種通用策略，并闡釋了具有生物相容性的可拉伸電極在人體（圖3）和新型智能仿生電子產(chǎn)品（圖4和圖5）中的應(yīng)用。
圖2 可拉伸電極的幾何形狀與剪紙結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖3 柔性電子器件在人體上的應(yīng)用
圖4 多功能電子皮膚的特性示例
圖5 柔性電極在電驅(qū)動軟體驅(qū)動器的應(yīng)用示例
文章最后指出，雖然柔性電子領(lǐng)域取得了很多令人鼓舞的進展，但依然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。同時集成了物理、化學(xué)和電生理信號測試傳感功能的可穿戴綜合醫(yī)療健康監(jiān)測系統(tǒng)，可以為人們提供一個更加全面的個人生理健康狀態(tài)圖像，是未來醫(yī)療健康領(lǐng)域發(fā)展的方向。此外，將具有不同功能的柔性電子元件（包括傳感、驅(qū)動、數(shù)據(jù)傳輸和分析、能源，以及能量收集轉(zhuǎn)化系統(tǒng)等）集成于一體的智能柔性電子系統(tǒng)能夠?qū)?nèi)部和外部信號進行實時感應(yīng)和動態(tài)反饋，是智能制造領(lǐng)域的熱點研究方向之一。隨著柔性電子和人工智能時代的到來，可拉伸電極和電子元件與生物體的有機集成，以及開發(fā)具有柔性幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計和實時自主感應(yīng)反饋的全軟體機器人，將成為越來越重要的跨學(xué)科領(lǐng)域。
文獻鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.20180592
（Adv. Funct.
展開 1T相MoSe2電極——高性能埋入式高頻超級電容器
在被動式元件中，電容器因為受到電容公式的限制（容量正比于電極面積），因此，縮小其器件尺寸導(dǎo)致容量變小；以非常常見的容量在微法級別的鋁電解電容器(Aluminium electrolyte capacitors, AECs)為例，其尺寸至少得有花生米那么大。相比與其他片式或埋入式的元器件，這樣的尺寸相當(dāng)于“巨人”了，因此只能插接或貼裝在線路板表面，無法實現(xiàn)更高的集成度。而鉭電容和陶瓷電容雖然可以做得很小，但是其容值相比AEC要差數(shù)個數(shù)量級，導(dǎo)致很多重要的場景下無法使用。（見圖1）
Figure 1各類電容器的工作頻率和單體容量分布。
本文的埋入式超級電容器（embedded SC）在單體容量、工作頻率及微型化方面相比商用的AEC具有顯著的優(yōu)勢
近年來，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注單體容量遠大于AEC的超級電容器（supercapacitors, SCs）的研究，并提出了各種微型化的超級電容器（Micro-SCs）的研究思路。雖然與AEC同為電解質(zhì)型電容器，但是由于其采用多孔電極材料，因此可以實現(xiàn)更大的單體容量；但是受限于電解質(zhì)輸運效率和某些電極的贗電容特性，已報道的SC其工作頻率往往只有100Hz以下，與AEC相比都尚有較大差距（103Hz左右）。更大的問題是，目前學(xué)術(shù)界報道的SC技術(shù)其循環(huán)壽命通常只有幾萬次循環(huán)，這離高集成度、長壽命的電子級應(yīng)用要求仍有較大差距。可見，研究并實現(xiàn)工作頻率高于AEC、循環(huán)壽命能大幅度提高的SC技術(shù)，對于未來SoC和SiP應(yīng)用意義重大且極富挑戰(zhàn)。
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