开发微型超级电容器一直是为智能和小型电子器件供电的电化学储能领域最重要的研究之一。

近日，法兰西综合理工大学Christophe Lethien，Thierry Brousse报道了将溅射的氮化钒膜（VN）和电沉积的含水氧化钌（hRuO₂）膜结合在一起，成功设计了一种不对称微型超级电容器（A-MSC）。

文章要点

1）研究发现，在0.5 M H₂SO₄中，hRuO₂面电容随膜厚度（即电沉积循环次数）的增加而达到220 mC.cm^-2（C = 220 mF.cm^-2，∆V = 1 V）（700 nm厚的hRuO₂膜）。在0.5 M H₂SO₄中，溅射VN电极在25000次循环中表现出良好的库仑效率（~100%）和电容保持率（~90%）。然而，在该电解液中，研究人员没有找到合适的电化学条件来循环溅射的VN（厚度=7 µm，C=200 mF.cm^-2，∆V=0.35 V，Q=70mC.cm^-2）来平衡两个电极之间的电荷，并从高的电池电压（1.35 V）中获益。而在1 M KOH电解液中，hRuO₂薄膜表现出非常稳定的赝电容性能，在24000次充放电循环（工作电位窗口=0.55 V）后，其电容保持率高达100%。

2）研究人员将电沉积的hRuO₂薄膜与溅射的VN薄膜相结合，设计了一种工作在1 M KOH溶液中的不对称微型超级电容器。与对称膜相比，VN和hRuO₂赝电容膜在1 M KOH中的互补工作电位窗口显著增强了不对称器件的性能。一方面，VN/VN或hRuO₂/hRuO₂对称MSC在1 M KOH中的电池电压约为0.6 V，在1 mW.cm^-2的功率密度下具有约4 µWh.cm^-2的能量密度。另一方面，使用大于1 mW cm^-2的功率密度，VN/hRuO₂ A-MSC的电池电压为1.15 V，能量密度约为20 µWh cm^-2。这种MSC的不对称配置可以使薄膜微型超级电容器的能量密度增加5倍。

这项研究为改善在水电解质中使用具有高电容值和稳定循环行为的赝电容材料的微型超级电容器的电池电压提供了新途径。

参考文献

Bouchra Asbani , Kevin Robert , Pascal Roussel , Thierry Brousse , Christophe Lethien , Asymmetric micro-supercapacitors based on electrodeposited RuO₂ and sputtered VN films, Energy Storage Materials (2021)

DOI：10.1016/j.ensm.2021.02.006

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.02.006