Spatial-Interleaving Graphene Supercapacitor with High Area Energy Density and Mechanical Flexibility

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作者
Lifeng Wang,Houze Yao,Fengyao Chi,Jianfeng Yan,Huhu Cheng,Yan Li,Lan Jiang,Liangti Qu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (8): 12813-12821 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c04989
摘要

The booming portable electronics market has raised huge demands for the development of supercapacitors with mechanical flexibility and high power density in the finite area; however, this is still unsatisfied by the currently thickness-confined sandwich design or the in-plane interdigital configuration with limited mechanical features. Here, a spatial-interleaving supercapacitor (SI-SC) is first designed and constructed, in which the graphene microelectrodes are reversely stacked layer by layer within a three-dimensional (3D) space. Because each microelectrode matches well with four counter microelectrodes and all 3D spatial-interleaving microelectrodes have narrow interspaces that maintain the efficient ions transport in the whole device, this SI-SC has a prominent liner capacitance increase along with the device thickness. As a result, the high specific areal capacitance of 36.46 mF cm-2 and 5.34 μWh cm-2 energy density is achieved on the 100 μm thick device. Especially, the microelectrodes in each layer are interdigitated, ensuring the outstanding mechanical flexibility of SI-SC, with ∼98.7% performance retention after 104 cycles of bending tests, realizing the excellent integration of high area energy density and mechanical flexibility in the finite area. Furthermore, the SI-SC units can be easily integrated into wearable electronics to power wristwatches, light-emitting diodes (LEDs), calculators, and so on for practical applications.
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