三维微结构界面调控的固态超级电容器实现高功率密度与极端环境耐受性

为解决固态超级电容器(SSCs)因凝胶电解质-电极-集流体异质结构界面失配导致的功率密度不足问题，研究人员创新性提出一步法微压印技术，将集流体与电极膜整合为具有双3D微结构的统一薄膜。该设计使基于活性炭的SSCs在30 A g?1高电流下保持81%电容，功率密度达12.8 kW kg?1，并可承受67 GPa冲击压力（相当于60 000倍重力加速度）。卷对卷工艺实现5米电极膜/2分钟的高效制备，为大规模储能提供新范式。

　　

在追求安全性与机械柔性的固态超级电容器(SSCs)研究中，凝胶电解质体系长期受困于功率密度逊色于液态电解质的瓶颈。究其根源，凝胶电解质、电极薄膜与集流体三者间粗糙的异质结构界面严重阻碍了离子/电子传输效率。最新研究通过精妙的界面工程策略，采用一步法微压印技术将集流体与电极膜融合为具有界面-表面双三维微结构的整体薄膜。这种"二合一"设计不仅促进凝胶电解质的渗透，更构建起高速离子/电子传输通道。

实验数据显示，基于活性炭的优化器件在30 A g^?1的极端电流密度下仍保持81%的电容性能，与液态电解质体系相当。组装的软包型SSCs展现出12.8 kW kg^?1的惊人功率密度，而圆柱型器件更可承受67 GPa的冲击压力——相当于经受60 000倍重力加速度的极端力学考验。更令人振奋的是，通过卷对卷(roll-to-roll)连续化生产工艺，仅需2分钟即可制备5米长的定制化电极薄膜，这种高通量制造技术为大规模电容储能应用铺平道路。该研究通过界面微结构精准调控，成功打破固态储能器件"高功率"与"高安全"不可兼得的技术壁垒。