マイクロスーパーキャパシタ用の3次元還元グラフェン酸化物/ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）複合オープンネットワークアーキテクチャ

はじめに

オンライン監視用のワイヤレスセンサーネットワーク、人間の健康管理用の生物医学的インプラント、リアルタイム追跡チップなど、これらの劇的に普及しているスマートマイクロエレクトロニクスデバイスは、軽量、柔軟性、低コスト、および高効率のマイクロの需要の高まりにつながっています。スケールエネルギー貯蔵装置[1,2,3]。現在、主要なマイクロ電源として市販されている薄膜および3Dマイクロバッテリーは、多くの場合、速度性能の低下、突然の故障、および安全上の懸念に悩まされています。それに比べて、インターデジタルマイクロスーパーキャパシタ（MSC）は、その競争力のある電力密度、優れた安全性、優れたレート能力、および長い動作寿命のために、セルフパワードマイクロエレクトロニクスデバイスの主要な候補です[4,5,6]。一般的な構成の1つとして、2次元（2D）インターデジタルMSCは、市販のスーパーキャパシターと比較して厚さが大幅に薄く、電源が比較的高いため、広く使用されています。一般に、2DインターデジタルMSCは、特定のフットプリントでエネルギー需要を満たすために、より厚い微小電極を必要としますが、厚い微小電極は、電解質へのアクセスの悪さ、不十分な電荷輸送、および電子/イオン拡散距離の増加をもたらし、容量と速度性能を低下させる可能性があります[1]。したがって、限られた設置面積で他の電気化学的特性を同時に損なうことなく、エネルギー/電力密度を高めることは依然として困難です。

特に、3Dオープンネットワークアーキテクチャは、GCDサイクルテスト中のより高い比表面積、迅速なイオン輸送、およびバッファボリュームの変化のメリットにより、大きな注目を集めています[7]。これまで、コロイドテンプレート[8、9]、ハードテンプレート[10、11]、水熱法[7、12]、3D基板への堆積[4、13]など、3Dオープンネットワーク微小電極の合成にアプローチの大部分が適用されてきました。 14]。しかし、これらの従来の製造技術は、毒性物質、過酷な合成条件、または複雑な調製技術を必要とすることが多く、その結果、商業用途向けの費用効果が高く、大規模で、環境に優しいデバイスを入手することが困難になります。これらの障害を克服するために、3DオープンネットワークMSCを効率的に製造するための新しい戦略を模索することに多大な努力が注がれてきました。印象的なことに、追加の外部ワイヤなしで目的のパターンを形成するためにソフトウェア制御によって正確な位置で治療回路を設計できる、容易に拡張可能で低コストのレーザー支援治療[15,16,17]は、 -プレーンオープンネットワークMSC。さらに、気相重合（VPP）法は、酸化剤の表面上での気相の前駆体の重合を含み[18]、さまざまな基板上に任意の所望のパターンを便利に調製するように容易に調整されます。さらに重要なことに、VPP法は、特殊な真空装置の制約を取り除くことができるため、化学蒸着（CVD）[19]、電気化学的堆積[20、21]、およびその場化学重合[22]と比較して明らかに優れています。 、電解蒸着装置、または溶剤処理。

面内デジタルMSCの重要なコンポーネントとして、高表面積、優れた親水性、および優れたイオンインターカレーション挙動を備えた微小電極材料を検討して、エネルギー貯蔵性能を向上させる必要があります。特に、rGOは、その低コストで豊富な原材料（グラファイト）、高い導電性、および高い表面積（2630 m ² ）により、広く注目を集めています。 g ^-1 ）[1]。ただし、rGOベースのMSCは一般に比較的低い比静電容量を放出し、電気化学二重層静電容量エネルギー貯蔵メカニズムの結果として、電荷は電極と電解質の間の界面にのみ蓄積します[23]。さらに、表面および/またはバルクでの高速で可逆的なファラデーレドックス反応に依存するPEDOTおよびその誘導体などの導電性ポリマー[24]は、毒性が低く、高いため、疑似コンデンサ電極として集中的に研究されています。導電性、安定したドープ形態、および低コスト。したがって、レーザー支援治療によって作成されたrGOと、容易にスケーラブルなVPPメソッドを介したPEDOTは、オープンネットワークのrGO / PEDOT微小電極を製造するための最適な組み合わせです。

ここでは、インターデジタルrGO / PEDOTコンポジットに基づく高性能オールソリッドステートフレキシブルマイクロスーパーキャパシタを構成します。特に、レーザー支援処理によって酸化グラフェン（GO）から派生した相互接続ネットワークrGOは、表面形態の調整、正確な位置での目的のパターンの制御、電解質の濡れまたは拡散速度の向上のメリットにより、導電性フレームワークとして採用されています。 。次に、VPP法によって調製された3Dオープン多孔質PEDOTは、電解質イオンへのアクセス可能性、より短い平面イオン拡散経路、およびより多くの電気化学的活性部位を提供できます。面内デジタル間MSCは、これらの得られたrGO / PEDOT微小電極をPVA / H ₃ で使用しました。 PO ₄ ゲル電解質は35.12F cm ^-3 の最大比容量を示しました 、4.876 mWh cm ^-3 のエネルギー密度 40 mW cm ^-3 80 mA cm ^-3 の電流密度の下で 、4000サイクル後の優れたサイクリング安定性。さらに、直列/並列に接続されたMSCは、完全に充電されたときに赤色発光ダイオード（LED）ライトに約100秒電力を供給するように構築されていました。したがって、この作業は、限られたフットプリントあたりの大容量が重要である次世代の高度に統合されたポータブルマイクロエレクトロニクスデバイスのマイクロストレージソースとしてコプレーナインターデジタルMSCを準備する簡単な方法を提供します。

実験方法

資料

3,4-エチレンジオキシチオフェン（EDOT）モノマーは、BayerAGから提供されました。鉄（III）p-トルエンスルホン酸塩（Fe（PTS） ₃ ）およびポリビニルアルコール（PVA）粉末は、Sigma-Aldrichから購入しました。 GOナノシートはPioneerNanomaterialsTechnologyから購入しました。ポリエチレンテレフタレート（PET）基板、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（NaDBS）、リン酸（H ₃ PO ₄ ）、アセトン、エタノール、およびその他の試薬は、Kelon Chemical Industry Co.、Ltdから提供されました。すべての化学試薬は、さらに処理することなく使用されました。このプログラムは、対物レンズアセンブリを定期的にパルスすることにより、民生用LightScribe光学ドライブユニット内の788 nm赤外線レーザー（最大出力=5 mW）を制御し、正確な位置で目的のパターンを迅速に作成できます。すべての実験は周囲条件下で実施されました。

3DオープンネットワークrGO / PEDOTインターデジタル電極の合成

図1aは、rGO / PEDOTインターデジタル電極の製造の概略図を示しています。典型的な手順では、柔軟なポリエチレンテレフタレート（PET）基板を正方形のピース（2cm×2cm）にカットし、エタノール、アセトン、および脱イオン水でそれぞれ数回洗浄しました。 GOは、修正されたHummerの方法[25]を使用して合成され、脱イオン水中の均一な2％GO分散液は超音波分散によって調製されました[26]。次に、GOフィルムをPET基板上に堆積させ、周囲条件下で約24時間乾燥させました。続いて、GOコーティングされたPETを民生用LightScribe光学ドライブユニットに入れてレーザーパターニングを行い、788 nmの赤外線レーザー（出力約100 mW）を使用して各ボクセルの500μsの露光時間を採用しました。コンピュータ化された商用ドライブに目的のパターンを設定した後、以前に報告されたように、導電性rGOインターデジタル電極は、絶縁GOフィルムを約30分周期的にパルスすることによって正確な位置に迅速に準備されました[21、27]。

a rGO / PEDOTインターデジタル電極の製造の概略図。 b PEDOTの重合メカニズム

VPPで多孔質PEDOTを製造する前に、調製したままのrGOサンプルを0.5 mg mL ^-1 で処理しました。 界面活性剤としてNaDBS水溶液を20分間使用した後、80°Cで約5分間ベークしました。 Fe（PTS） ₃ のモル比1：1 マグネチックスターラーにより酸化剤溶液としてイソプロパノールを調製し、その後、噴霧法によりマスクを用いて処理したままのrGOインターデジタル電極上に選択的に堆積させた。続いて、得られたサンプルを100μLのEDOTモノマーを含む小さなチャンバーの中央に配置し、デバイス全体を真空デシケーター内で加熱しました。 VPPによるPEDOTの重合メカニズムを図1bに示しました。 30°C、50°C、80°C、および100°Cで30分間EDOT蒸気にさらされた上記のサンプルを適用した後、これらの高度に3DのオープンネットワークrGO / PEDOT微小電極が製造され、rGO / PEDOT-30として注目されました。 、rGO / PEDOT-50、rGO / PEDOT-80、およびrGO / PEDOT-100。さらに、手付かずのrGOインターデジタル電極も比較のために用意されました。

高度にオープンなネットワークrGO / PEDOTベースの柔軟なインターデジタルMSCのアセンブリ

通常、PVA粉末（1 g）を激しく攪拌しながら90°Cで2時間脱イオン水（10 mL）に溶解し、次にH ₃ PO ₄ （2 mL）を周囲温度でゆっくりと攪拌しながら、透明なゼリー状の溶液を形成するまで徐々に加え、PVA / H ₃ PO ₄ ゲル電解質の調製に成功しました。さらに、最初に集電体としてのスパッタリングによって電極の表面を金属コートで覆い、PVA / H ₃ PO ₄ ゲル電解質は、rGO / PEDOTインターデジタル電極上に一滴ずつ覆われていました。続いて、デバイスを室温で10時間浸し、完全に湿らせて余分な水分を蒸発させました。最後に、全固体MSCが正常に組み立てられました。

特性評価と測定

形態、微細構造、およびコンポーネントの特性評価は、走査型電子顕微鏡（SEM）、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）、およびX線光電子分光法（XPS）によって実行されました。さらに、柔軟な平面MSCの電気化学的特性（サイクリックボルタンメトリー（CV）、定電流充電/放電（GCD）、および電気化学インピーダンス分光法（EIS））を、CHI660D電気化学ワークステーション（Chen Hua、上海）の2電極セルで調べました。周囲温度。

体積比静電容量 C _v （F cm ⁻³ ）、エネルギー密度 W （Wh cm ⁻³ ）、および電力密度 P （W cm ⁻³ ）は、次の式を使用して、さまざまな電流密度でのGCD曲線から計算されました。 （1）–（3）：[13、17、24]。

ここで私 は放電電流（A）です。 Δt 放電時間（s）です。 V はスタックボリューム（cm ³ ）これには、活物質、集電体、および電極間のギャップの合計量が含まれます。およびΔE 電位窓（V）です。

結果と考察

GO、rGO、およびrGO / PEDOT電極材料の形態と構造

GO、rGO、およびrGO / PEDOTの形態は、図2に示すSEMによって調査されました。最初に、レーザー処理プロセスによってGOシート（図2a）から派生した豊かな3DしわのようなrGO（図2b）豊富な電荷キャリアサイトを提供し、イオンが電極と電解質の間の内面に容易にアクセスまたは浸透できるようにします。重要なことに、rGOネットワークとPEDOTネットワークのこれらの相乗的相互作用は、拡散距離を短縮し、イオン輸送を促進して優れたエネルギー貯蔵特性を実現するのに役立ちます[28]。さらに、VPPによって30°C、50°C、80°C、または100°Cで重合された4つのrGO / PEDOTサンプルの上面図と断面画像は、さまざまな多孔質構成を示しています（図2c–h）。さらに、他の3つのrGO / PEDOTサンプルと比較して、rGO / PEDOT-50（図2d）は、比表面積と豊富な導電経路を改善するのに有益な均質な多孔質ネットワーク構造を示しています。これは、副生成物の酸の蒸発が適切に遅いことと、50°Cでの膜の成長速度が遅いことが原因である可能性があります。これは、重合プロセス中に均一な多孔質ネットワークを与えるのに役立ちます。さらに、より高い重合温度（80°C、100°Cなど）は、EDOT蒸気濃度が高く、反応速度が速いため、不均一な核形成が大きくなり、密な平坦な形態を形成する傾向があります。低すぎて不十分な多反応[29、30]。

a の上面図の典型的なSEM画像 GO、 b rGO、 c rGO / PEDOT-30、 d rGO / PEDOT-50、 e rGO / PEDOT-80、および f rGO / PEDOT-100。断面画像 g および h rGO / PEDOT-50の

GO、rGO、およびPEDOTのFTIRおよびラマン測定も実行して、図3の化学組成の変化を特徴付けました。GOの典型的な特徴的なピーク（図3a）は、C =O（1724 cm ^{-）を示します。 1} ）、C =C（1618 cm ^-1 ）、C–OH（1410 cm ^-1 ）、C–O（1046 cm ^-1 ）、およびC–O–C（848 cm ^-1 ）。レーザー支援治療後、酸素含有官能基のすべての吸収ピークがほぼ除去され、rGOの調製が成功したことを示しています（図3a）。さらに、非対称C =C伸縮ピーク（1630、1513 cm ^-1 など）などのPEDOTのこれらの特徴的なピーク ）[31]、C–Cストレッチモード（1350 cm ^-1 ）、C–O–C変形ピーク（1190、1085 cm ^-1 ）、対称C–S–C変形ピーク（978、920、830、および688 cm ^-1 ）[32]は図3bで観察でき、PEDOTの存在をさらに確認できます。したがって、これらのFTIRスペクトルは、レーザー還元法とVPP法によるrGO / PEDOT複合材料の調製が成功したことを確認します。

a のFTIRスペクトル GO、rGO、および b PEDOT。 c GO、rGO、およびPEDOTのラマンスペクトル

図3cは、GO、rGO、およびPEDOTのラマンスペクトルを示しています。 D バンドは六角形のカートン素材の欠陥と G によって引き起こされます バンドはグラファイトカーボン（E2gモード）から発生しました。さらに、 D の強度比 および G バンド（ I _D / 私 _G ）は、グラフェンの無秩序で秩序だったドメインを評価するために広く使用されています[27]。明らかに、 D （1359 cm ^-1 ）および G （1595 cm ^-1 ）GOとrGOのバンドは両方とも図3cにあり、 I _D / 私 _G GOとrGOのはそれぞれ1.02と0.92です。 私 _D / 私 _G rGOの割合はGOと比較して低く、レーザー誘起治療後のrGOの欠陥が少ないことを意味します。さらに重要なのは、顕著な2Dピーク（2687 cm ^-1 ）はrGOのラマンスペクトルに現れ、数層のグラフェンの存在をさらに確認します[33]。さらに、1548および1487 cm ^-1 ピーク（ C _α = C _β ）、1433 cm ^-1 ピーク（ C _α = C _β （-O））、1365 cm ^-1 ピーク（ C _α – C _β ）、1258 cm ^-1 ピーク（ C _α – C _α ）、1130 cm ^-1 ピーク（C–O–C）、988 cm ^-1 および854cm ^-1 ピーク（C–S–C）、および442 cm ^-1 ピーク（S–O）は、PEDOTのラマンスペクトルで明確に観察されます。これは、報告されている文献[34]とよく一致しています。上記の分析は、rGOとPEDOTの準備が成功したことを明らかに示しています。

rGO / PEDOT、GO、およびrGOのXPSスペクトル分析を実行して、酸素機能を監視しました（図4）。 GO（図4a）とrGO（図4b）のC1sスペクトルは、C–C（284.8 eV）、C =O（287.3 eV）、C–O（286.2 eV）、およびO–の複数のピークに分解されます。 C =O（288.5 eV）。 GOとは対照的に、酸素含有官能基（C =OおよびO–C =O）の大幅な除去と、C–C sp ² の全体的な増加 rGOの炭素ピークは、効率的な脱酸素プロセスと復元πを示しています。 -共役構造により、レーザー処理後の電気伝導率が高くなります。これらの結果は、以前の報告[35、36]とも一致しています。図4cにC–S結合（285.3 eV）が存在することで、rGOでのPEDOTの合成が成功したことがさらに確認されます。さらに、図4dはS2 p を示しています。 rGO / PEDOTのピークがS2 p に割り込んだ 3/2（162.6 eV）およびS2 p 1/2（163.8 eV）ダブレットと対応する1.2 eVの分離。これは、PEDOTの鎖のチオフェン環構造に結合したS原子に由来します[19、32、37]。

C1 s のXPSスペクトルの調査 a のピーク GO、 b rGO、および c rGO / PEDOTおよび d S2 p rGO / PEDOTのピーク

オープンネットワークrGO / PEDOTを使用したフレキシブルMSCの電気化学的挙動

準備されたままの多孔質rGO / PEDOT電極は、PVA / H ₃ を使用して柔軟な平面MSCに簡単に組み立てることができます。 PO ₄ 導電性添加剤やバインダーを使用せず、簡素化された軽量のエネルギー貯蔵装置を実現するゲル電解質。その後、rGO / PEDOTベースのMSCの性能を評価するために、2電極構成を使用したCV、GCD、およびEIS測定により、それらの電気化学的特性（図5）を調査しました。図5aは、20 mV s ^{-1 > 。その中で、rGO / PEDOT-50ベースのMSCのCV曲線は、最大の準長方形領域を示しており、その理想的な容量性動作を示しています。また、80 mA cm -3 でのGCD曲線の比較 は図5bに示されています。これはほぼ三角形の形状を示しており、電位は充電/放電時間に対してほぼ線形です[21]。印象的なことに、rGO / PEDOT-50ベースのMSCは、他のサンプルよりも長い放電時間に耐えます。さらに、rGO / PEDOT-50ベースのMSCのナイキスト線図（図5c）は、他のサンプルと比較して、低周波数領域でほぼ垂直なプロファイルと小さい内部インピーダンスを示しています。さらに、式に従って計算された比容量。 （1）–（3）対放電電流密度を図5dに示します。 rGO / PEDOT-50ベースのMSCの対応する比容量は、約35.12 F cm -3 であることが明らかになりました。 80 mA cm -3 で 、比容量は電流密度の増加とともに徐々に低下しますが、それでも31.04 F cm -3 の比較的高い容量を提供できます。 400 mA cm -3 で 他の4つのサンプルと比較して、その優れたレート機能をさらに証明しています。}

さまざまな反応温度ベースのMSCを使用したさまざまなrGO / PEDOT複合材料の電気化学的特性の比較： a 20 mV s ^-1 でのCV曲線 および b 80 mA cm ^-3 でのGCD曲線 。 c 0.01Hzから100kHzで得られたEIS分析からのナイキスト線図。 d 比容量と異なる電流密度

rGO / PEDOT-50ベースのMSCの実現可能性をさらに調査するために、それらの電気化学的性能を図6で評価しました。CV曲線は、スキャン速度が10から100 mV s ^{-1 （図6a）。これは、PEDOTの可逆的な表面酸化還元反応とrGOの表面電気吸着に実質的に由来し、高速の充電/放電速度と理想的な容量性動作をもたらします[38]。さらに、図6bは、0〜1 Vの電位ウィンドウでのさまざまな電流密度でのGCD曲線を示しています。特に低い電流密度での非線形勾配と三角形の形状は、PEDOTからの疑似静電容量の寄与を裏付けています。これは最近の結果とよく一致しています。レポート[39、40]。さらに、平面rGO / PEDOT-50ベースのMSCの柔軟性テストはさまざまな角度で実行され（図6c）、CV曲線は10 mV s -1 曲げ角度を0°から180°まで増加させると、曲げの下でほぼ重なりました。続いて、MSCをリニアモーターによって180°で1000サイクル曲げ、1000回の曲げサイクル後に96.8％の充放電曲線保持から計算された比静電容量が達成されました（図6d）。そのため、当社のMSCデバイスは優れた機械的柔軟性を備えています。これは主に、柔軟なPET基板と、3Dの高多孔質構造と基板との強力な接着によるものです[41]。これらの結果は、レーザー還元rGOとVPP重合PEDOTの間の優れた相乗効果も確認しています。マイクロデバイスの場合、エネルギー密度と電力密度は、その実用性を評価するための2つの重要な要素です。したがって、準備されたままのMSCのRagoneプロットと、以前に報告された他のいくつかのMSCとの比較が図6eにプロットされています。柔軟な平面rGO / PEDOT-50ベースのMSCは、4.876 mWh cm -3 の最大エネルギー密度を実現します。 40 mW cm -3 の電力密度で 、そしてまだ4.422 mWh cm -3 のままであるという証拠があります 200 mW cm -3 。これらの得られた結果は、JanusグラフェンフィルムMSC [42]、rGO MSC [28]、MnOx / Au MSC [43]、Li薄膜バッテリー[44]などのPVAベースの水性ゲル電解質を使用した他の最近報告されたMSCと同等またはそれ以上です。 ]、MWNT /カーボンファイバーMSC [45]、rGO / SWNT @ CMC MSC [46]、カーボン/ MnO ₂ MSC [47]、またはレーザー処理されたグラフェンMSC [48]。 80 mA cm -3 の電流密度で4000回の充電/放電サイクルにわたるrGO / PEDOT-50ベースのMSCのサイクル性能テストとクーロン効率 図6fに示します。体積比容量は4000サイクル後の保持容量90.2％で安定しており、クーロン効率はサイクル全体で97〜99％を維持しており、rGO / PEDOT-50ベースの優れた耐久性と可逆性を示しています。 MSC。}

rGO / PEDOT-50ベースの柔軟な全固体MSCの電気化学的性能： a さまざまなスキャンレートでのCV曲線。 b 異なる電流密度でのGCD曲線。 c 10 mV s ^-1 でさまざまな曲げ角度で得られたCV曲線; d 80 mA cm ^-3 の電流密度での曲げサイクルの関数としての静電容量の保持; e デバイスと他のいくつかの報告されたMSCのRagoneプロット、および f 80 mA cm ^-3 の電流密度での4000回の充電/放電サイクルにわたるサイクル性能テストとクーロン効率

一般に、単一のMSCデバイスの動作電圧、電流、または静電容量は低すぎて、小型化された電子デバイスの要求を満たすことができません[49]。そのため、直列/並列に接続されたrGO / PEDOT-50ベースのMSCアレイは、費用対効果の高いレーザー治療と容易に拡張可能なVPP法によって製造されました（図7）。図7aは、小型化された電子デバイスと統合されたMSCアレイの平面に沿った電解質イオンの移動経路を示しています。図7b–dは、フレキシブルMSCアレイと太陽電池を統合したセルフパワーシステムを示しています。これは、MSCアレイの変形状態でLEDを点灯することで正常に証明されています。図7eおよびfは、20 mV s ^-1 でのCV曲線を示しています。 および40mA cm ^-3 でのGCD曲線 それぞれMSCアレイの。そして、組み立てられたMSCアレイの光学画像が図7eに挿入されました。特に、2P×3Sで接続されたMSCアレイの電圧ウィンドウは3 Vまで拡大され、単一のMSCの3倍になりました（図7e）。一方、充電/放電時間は単一のデバイスの約2倍です（図7e）。 。7f）は、MSCアレイが直列/並列接続の基本ルール[17]にほぼ準拠しており、2P×3Sで接続されたMSCアレイのエネルギー密度が単一のMSCと比較して6倍増加したことを示しています。 rGO / PEDOTベースのMSCアレイのこれらの優れた電気化学的性能は、次の考えられる要因に大きく依存しています。機能[41]。 （2）反応温度が最適化され、VPPによる50°CでのrGOでのPEDOT直接成長は、それらの界面接触間の強力な接着を提供できるため、良好な電子経路を与え、電気化学的耐久性を高めます。 （3）3D高多孔質構造PEDOTとシルクのようなrGO（図2に示す）の相乗効果により、表面積が大きくなり、電気化学反応の活性部位が大量に露出し、電解質イオンにアクセスしやすくなり、電荷移動が低下します。抵抗[50、51]。上記の利点の恩恵を受けて、rGO / PEDOTベースのMSCは優れたエネルギー貯蔵特性を示し、小型化された電子アプリケーションで有望なマイクロエネルギーデバイスになります。

マイクロエネルギー貯蔵装置としてのrGO / PEDOT-50ベースのMSCアレイの製造。 a 小型化された電子デバイスと統合されたMSCアレイの動作原理を示す概略図。 b 〜 d LEDを照明するための柔軟なMSCアレイと太陽電池の統合。 e 20 mV s ^-1 でのCV曲線 および f 40 mA cm ^-3 でのGCD曲線 直列（直列2セル、2S）、並列（並列2セル、2P）、および直列と並列の組み合わせ（2並列×3直列、2P×3S）で接続されたMSCアレイの数。 e に挿入されたMSCアレイの光学画像

結論

要約すると、レーザー処理とVPP法を使用して、rGO / PEDOTインターデジタル電極の3Dオープンネットワークを備えたMSCアレイを便利に準備するための実行可能な戦略を提供します。興味深いことに、ほとんどの実際のアプリケーションで必要な動作電位または電流は、追加の電圧バランス管理なしで直列/並列に接続することで簡単に調整できます。得られたrGO / PEDOT-50ベースの平面インターデジタルMSCは、35.12 F cm ^-3 という高い比容量を実現します。 （対応するエネルギー密度4.876 mWh cm ^-3 ）80 mA cm ⁻³ で 、安定したサイクリング安定性（4000サイクルで90.2％）、優れたレート能力、優れたクーロン効率（サイクル全体で97〜99％を維持）、さまざまな曲げ角度での優れた柔軟性。便利な製造、高性能、優れたサイズ互換性、および柔軟性を考慮すると、rGO / PEDOTベースのMSCアレイは、マイクロエレクトロニクスデバイスと統合された次世代の高性能フレキシブルマイクロエネルギー源の特に有望な候補です。

データと資料の可用性

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて対応する著者から入手できます。

略語

2D：

二次元

3D：

三次元

CV：

サイクリックボルタンメトリー

CVD：

化学蒸着

EIS：

電気化学インピーダンス分光法

Fe（PTS） ₃ ：

鉄（III）p-トルエンスルホン酸塩

FTIR：

フーリエ変換赤外分光法

GCD：

定電流充電/放電

LED：

発光ダイオード

MSC：

マイクロスーパーコンデンサー

PET：

ポリエチレンテレフタレート

PVA：

ポリビニルアルコール

rGO / PEDOT：

Reduced graphene oxide/poly(3,4-ethylenedioxythiophene)

SEM：

走査型電子顕微鏡

VPP:

Vapor phase polymerization

XPS：

X線光電子分光法