Direct Laser Scribing of All‐Solid‐State In‐Plane Proton Microsupercapacitors on Ionic Covalent Organic Framework Films

材料科学 共价键 离子键合 质子 固态 激光器 化学工程 纳米技术 光电子学 工程物理 离子 光学 有机化学 化学 物理 量子力学 工程类
作者
X Li,Dong‐Dong Han,Ye‐Can Zhang,N. Zhou,Tiantai Zhang,Lei Wang,Yong‐Lai Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202423854
摘要

Abstract Proton microsupercapacitors (MSCs) are promising energy storage devices for cutting‐edge applications. However, all‐solid‐state designs face challenges due to the need for synergistic innovations in electrolytes, electrodes, and interface engineering. Herein, the direct laser scribing of metal‐free all‐solid‐state in‐plane proton MSCs are reported on ionic covalent organic framework (iCOF) films. The solid‐state AA‐stacked iCOF electrolytes with perfect 2D proton channels ( d = 0.33 nm) are prepared by vacuum filtration, exhibiting proton conductivities from 0.23 to 4.7 mS cm −1 depending on humidity. Furthermore, patterned carbon electrodes are fabricated via in situ laser carbonization of iCOFs, forming a seamless electrolyte‒electrode interface. To reveal the photophysical features of insulating iCOFs and conductive laser‐treated iCOFs, femtosecond transient absorption experiments are carried out. The multiphysics simulation indicates that the electric field is uniformly distributed at the electrode−electrolyte interface. Notably, the resulting proton MSC exhibits an ultrahigh specific capacitance (≈10.13 mF cm −2 and 101.3 F cm −3 ), high volumetric energy density (2.52 mWh cm −3 ), a rapid scan rate (1000 mV s −1 ), and excellent cycling stability (no capacitance degradation after 50 000 cycles). This approach provides high‐performance metal‐free all‐solid‐state in‐plane proton MSCs, revealing great potential for applications in intelligent microsystems.
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