超薄、超轻、柔性化、非常规形状微纳电子器件的快速发展，对与之配套的微纳能源系统提出了更高的要求。传统储能器件，如锂离子电池、超级电容器，形状单一，尺寸、体积及质量较大；还存在电解液泄露、导电添加剂和粘结剂使用、隔膜较厚等问题。同时，两个基底的使用不利于器件机械柔性改善，不能满足多样性、柔性化、多功能化集成电路的要求。因此，需要开发新型储能器件。

 

研究人员提出在一个基底上构筑任意形状、三明治结构平面超级电容器的概念。以电化学剥离石墨烯为电极材料，纳米氧化石墨烯为隔膜，在形状可调控的掩模版协助下，通过逐层喷涂的方式在一个柔性基底上成功地制造出具有任意形状、全石墨烯基三明治结构的平面超级电容器。与传统柔性器件相比，该电容器不仅具有形状多样性，如长方形、圆形、中空方形、数字、字母和更复杂的交叉线性等，还具有较高的体积比容量（280F/cm3）、较高的能量密度（2.9mWh/cm3）和优异的机械柔韧性。在不同的弯曲状态下测试，比容量基本没有损失。通过凝胶电解液覆盖有效电极面积，可实现对单个器件比容量的有效调控。同时，该制造方法可适于规模化生产和自集成化，在不使用传统金属导线和接触体的情况下，实现多个器件串、并联集成，有效调控了模块化电源的输出电压和容量。

 

该工作从材料选取、电极制备、电解液和隔膜选择、器件组装与模块化集成等方面进行了创新，也为任意形状储能器件的有效构筑、生产与集成提供了科学依据。

 

上述工作得到国家青年千人计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金等项目的资助。