我院能源与环境学部杨诚课题组利用还原氧化石墨烯/多价态氧化锰(rGO/MnOx)复合物作为电极材料，采用高可靠性器件封装技术制备了可剪裁及贴片式超级电容器，实现了高能量密度和优异循环性能。相关成果近日发表于能源与环境领域旗舰杂志Energy& Environmental Science（影响因子25.4）。
随着对便携式电子设备需求的快速增长，高性能储能器件也日益受到人们的关注。常规的商用电化学储能器件如锂电、超级电容器等，采用的是浆料涂布技术制作电极。该技术工艺简单，成本低，适合大规模生产，但是，基于该技术制备的储能器件难以兼具高能量密度（贋电容材料）和循环性能（碳材料）特性，对于超级电容器这种需要高功率密度的器件更是如此。对此，学术界常采用电沉积法制备电极材料，但是这种方法载量低，循环性能较差，并不适用于储能器件的商业发展。
为解决以上问题，能源与环境学部杨诚老师课题组王洋博士等利用液相法合成了二维石墨烯/二氧化锰复合物，通过肼蒸汽还原，一步实现了氧化石墨烯的还原和多价态锰氧化物的生成，制备了rGO/MnOx复合物。这种材料可适用于传统电极浆料涂布工艺，实现电极浆料的大载量印刷涂布。其高效的自由电子及离子的传输网络、多种价态锰氧化物材料中丰富的电子及离子缺陷、多价态氧化锰和石墨烯的协同作用等极大地优化了材料的电容特性：质量比电容为202 F g-1(载量为2mg cm-2)；面积比电容达2.5F g-1(载量为19mg cm-2）；在循环11万5千圈后容量保有率为最初值的106%。为学术界提供了一种简单、大批量制备高性能复合电极材料的方法，有效地解决了利用电沉积、水热法等方法制备的材料存在的载量低、循环性能差等问题。
此外，王洋博士及其合作者还设计并制备了可裁剪和贴片式超级电容器。以离子液体为电解液、商用活性炭为负极，rGO/MnOx复合物做正极，采用印刷、电镀、热压等规模化、产业兼容的工艺技术组装非对称式超级电容器。器件的能量密度可达到47.9Wh/kg，功率密度可达到20.8 kW/kg。器件在循环8万次后容量保有率仍为初始值的96%，是目前文献已报道的非水系赝电容器中的最高值。
杨诚老师认为，超级电容器的材料选择和结构设计还需要进一步完善，但可以肯定的是，该工作中制备的电极材料及可剪裁、贴片式超级电容器的结构设计对超级电容器便携化、商业化发展具有重要意义。（石璐）
图(a)：还原氧化石墨烯/多价态氧化锰(rGO/MnOx)复合物的制备过程示意图
图(b)：可剪裁可贴片式超级电容器示意图
