Self-Assembly of Integrated Tubular Microsupercapacitors with Improved Electrochemical Performance and Self-Protective Function

材料科学 纳米技术 自组装 电化学 电极 化学 物理化学
作者
Jinhui Wang,Vineeth Kumar Bandari,Daniil Karnaushenko,Yang Li,Fei Li,Panpan Zhang,S. Baunack,Dmitriy D. Karnaushenko,Christian Becker,Maryam Faghih,Tong Kang,Shengkai Duan,Minshen Zhu,Jinhui Zhu,Feng Zhu,Xinliang Feng,Oliver G. Schmidt
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (7): 8067-8075 被引量:66
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b02917
摘要

Inspired by origami art, we demonstrate a tubular microsupercapacitor (TMSC) by self-assembling two-dimensional (2D) films into a "swiss roll" structure with greatly reduced footprint area. A polymeric framework consisting of swelling hydrogel and polyimide layers ensures excellent ion transport between poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)-based electrodes and provides efficient self-protection of the TMSC against external compression up to about 30 MPa. Such TMSCs exhibit an areal capacitance of 82.5 mF cm–2 at 0.3 mA cm–2 with a potential window of 0.8 V, an energy density and power density of 7.73 μWh cm–2 and 17.8 mW cm–2 (0.3 and 45 mA cm–2), and an improved cycling stability with a capacitance retention up to 96.6% over 5000 cycles. Furthermore, as-fabricated TMSC arrays can be detached from their surface and transferred onto target substrates. The connection of devices in parallel/series greatly improves their capacity and voltage output. Overall, our prototype devices and fabrication methodology provide a promising route to create integratable microscale tubular energy storage devices with an efficient self-protection function and high performance for future miniaturized electronics.

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