近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員吳忠帥團隊設計制備出與平面儲能器件特性相匹配的二維超薄、高容量的鐵基沸石咪唑鹽骨架/石墨烯異質結構（Fe-ZIF/G）納米片，隨后進一步采用噴涂方法，打印出柔性高比能平面微型超級電容器，并基于此開發出全柔性、高靈敏、一體化自供電的氣體傳感集成微系統。相關成果發表在《今日材料》上。
可穿戴、柔性化微電子的發展刺激了對兼容性高、耐用性強的產能、儲能和用能一體化集成系統的需求。其中，平面微型超級電容器具有高功率密度和快速充放電的特點，能夠隨時隨地收集能量轉化單元產生的剩余電力，為電子設備供電。此前，團隊開發出多種可定制微能源系統，如微型超級電容器-氣體監測系統、一體化自供電壓力傳感集成系統等。然而目前，為實現高效一體化自供電氣體傳感微系統，亟需開發與能量轉化、能量存儲及能量使用器件高度兼容性的制備技術，以及高性能柔性電極材料和氣體傳感材料。
打印過程。大連化物所供圖
本工作中，團隊采用靜電組裝策略，制備出具有高比表面積、超薄結構和高導電性的二維Fe-ZIF/G異質結構納米片，作為柔性固態微型超級電容器高電容微電極材料。研究發現，Fe-ZIF/G異質結構納米片促進了電解質離子沿平面的傳輸，提供了豐富的電化學活性位點。團隊利用噴涂打印技術構筑的平面微型電容器，表現出9.5μWh/cm2的高面積能量密度和優異的循環穩定性。此外，團隊還提出了一體化設計和構建策略，通過減少多組份之間的接口，將硅薄膜太陽電池、微型超級電容器和傳感器集成匹配在一個共面柔性襯底上，開發出一體化、柔性化、自供電的平面氣體傳感集成微系統。該微系統在室溫下對氨氣響應顯示出高的選擇性，而且在低氨氣濃度條件下具有高的響應性。
該工作為構建可打印的自供電微系統提供了新途徑。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.02.006
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