半導體所設計出新型具有穩壓效應的超級電容器系統

　　隨著(zhù)科技不斷飛速地發(fā)展，人類(lèi)對高性能多功能集成器件產(chǎn)生了迫切的需求。創(chuàng )新性的集成系統不僅能夠避免空間和能量的浪費，而且通過(guò)多種器件的集成化能夠獲得新的特性，從而有利于實(shí)現未來(lái)電子與光電子器件的尺寸最小化和功能最大化。作為新型能源存儲器件之一的超級電容器憑借高功率密度、長(cháng)循環(huán)壽命和高安全性等優(yōu)勢而獲得廣泛的關(guān)注。但超級電容器在放電使用過(guò)程中的電壓會(huì )出現顯著(zhù)降低，因而造成它不能穩定地驅動(dòng)其他電子/光電子器件。為解決這一問(wèn)題，需要將超級電容器與穩壓元件連接來(lái)獲得穩壓特性。遺憾的是，現有的穩壓系統普遍存在一些不足之處，如需要繁雜的電路、較高的成本以及較復雜的制備過(guò)程等。新興的憶阻器被譽(yù)為第四種基本電路元件，具有對電阻的時(shí)間記憶特性。

　　中國科學(xué)院半導體研究所半導體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗室沈國震研究員與武漢光電國家實(shí)驗室陳娣教授、徐智謀教授等團隊合作，利用憶阻器對電阻的時(shí)間記憶特性，創(chuàng )新性地提出了將憶阻器與超級電容器集成，成功地實(shí)現了具有穩壓特性的超級電容器系統。在這項工作中，首先采用納米壓印技術(shù)構建了基于PCBM的柔性超級電容器，該器件顯示出良好的循環(huán)壽命(1000次循環(huán)的容量衰減率為6.4%)、提升的電容值(33mFcm-2)和穩定的機械穩定性和較高的柔性。由于沒(méi)有穩壓?jiǎn)卧?，這種柔性超級電容器在放電過(guò)程顯示了顯著(zhù)的電壓降低現象。為解決這一問(wèn)題，研究人員將其與基于SnO2納米顆粒薄膜的憶阻器集成到一起，所得到的超級電容器系統顯示了明顯改善的壓降特性，在200秒的放電過(guò)程中表現出極低的電壓降低現象(約0.06V)，這揭示出了這種新型的超級電容器系統擁有較好的穩壓特性。