Editable 3D Micro-Supercapacitor with High Energy Density Based on Mortise–Tenon Joint Structures

榫卯 材料科学 超级电容器 微电子 电容 光电子学 纳米技术 碳纳米管 复合材料 电极 结构工程 工程类 化学 物理化学
作者
Xiaoxiao Du,Jia-Xing Lu,Yue Liang,Yong‐Chao Zhang,Jian Gao,Xiaodong Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (17): 21134-21142 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.3c01959
摘要

Three-dimensional micro-supercapacitors (3D MSCs) have accelerated the development of microenergy-storage modules for miniaturized and portable electronics. However, the low energy density, complex construction strategy, and low assembly accuracy of a 3D MSC restrict its practical application. Herein, we design a simple construction strategy for a 3D MSC with high energy density by mortise and tenon structures. Wood-derived carbon modified by nitrogen-doped carbon nanotube arrays (N-CNT-WDC) provides an ordered ion transport channel and a large active specific surface area, availing the improvement of the energy density of a 3D MSC. Its strong carbon skeleton structure supports the construction of 3D interdigital electrodes with a tenon structure by laser, realizing precise and regulable assembly of 3D MSCs through a mortise and tenon joint. The prepared 3D MSC based on N-CNT-WDC shows an excellent volumetric capacitance of 93.66 F cm-3, a high volumetric energy density of 12 mW h cm-3 at 600 mA cm-3, and an 85% retention rate of capacitance after 10,000 cycles of charge and discharge at 1000 mA cm-3. Furthermore, the mortise and tenon structure realizes diversified integration of 3D MSCs, making the integrated manufacturing of 3D microdevices more convenient and promoting their application in microelectronic devices.
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