我校机械工程学院何亮和华西医院殷鸿波团队：微储能器件进展综述

学术 2024-12-02 09:13 四川

微储能器件(Micro-scale energy storage devices, MESDs)在微型超级电容器(Micro-supercapacitors, MSCs)和微型电池(Micro-batteries, MBs)的发展推动下取得了显著进展。我校机械工程学院何亮、华西医院殷鸿波和北京理工大学Muhammad Tahir，以“Revolutionizing Micro-Scale Energy Storage by 0D Carbon Nanostructures: Synthesis, Integration, Performance Optimization Mechanisms and Sustainable Applications”为题，于近日在《Advanced Functional Materials》上发表了重要综述论文。

内容

本文着眼于碳基量子点MESDs的创新性研究工作进展，重点关注微电极和电解质的进展，以及碳基量子点(Carbon quantum dots, CQDs)和石墨烯量子点(Graphene quantum dots, GQDs)在微储能器件领域的具体应用和性能提升机制。本文还探讨了光刻、喷墨打印和3D打印等先进微纳制造工艺在碳基量子点MESDs构筑中的进展，以及在电化学性能、稳定性提升和规模化制造方面的潜力。

图1.碳基量子点MESDs的结构、

集成方式和微纳制造。

轻量化、高性能微储能器件和储能-生物传感微系统正得到快速发展，本文还详细介绍了基于CQDs和GQDs的可穿戴储能器件及生物传感器。通过将零维碳基量子点集成到MESDs中，可以实现能量密度和倍率性能的提升，同时，在这一类器件的规模化制造上也进行了重点阐述。

图2. MSCs和MBs的发展和微纳制造。

本文强调了CQDs和GQDs的固有优势，即小尺寸和独特的量子限域效应，使得这类碳基量子点表现出以下特性：(1)高电导率（促进快速高效的电荷传输）；(2)量子限域效应（提升电子迁移率和能量密度），以及(3)表面功能性和边缘效应（通过功能化实现定制），从而提高其在各种微储能器件中的兼容性和稳定性。进一步地，讨论了具有各种创新结构的MESDs，包括优化的电极结构，如叠层和平面设计，合理的设计能够优化充放电过程中的循环稳定性。推动碳基量子点MESDs发展的策略包括开发多功能电解质、增强导电性的复合结构，以及调控量子点输运行为，进一步优化正极材料并探索碳基量子点中的量子效应，以拓展其在MESDs中的应用潜力。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202418053

END

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http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxOTI0NzIzNA==&mid=2650795099&idx=1&sn=a962a46dded8dee79b2112e317af1368

四川大学科学技术发展研究院

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