【研究背景】

       随着即将到来的柔性和可穿戴微电子技术的高速发展时代，物联网和自供电微系统，迫切需要探索新型的与目前堆叠式微电池技术不同的具有高性能的先进微电化学能源储存器件。为了实现这一目标，在众多的关键策略中，无需隔膜的平面的微电源作为一种有高度竞争力的电源系统，近来引起了广泛的关注，其具有不受形状限制，设计的多样化，性状与性能的兼容性，允许复杂形状电子系统的无缝化集成等优势。平面型钠离子微电池(NIMBs)被认为是一种新型有潜力的微电源，但仍旧需要面临很多挑战。

【成果简介】

最近，大连化物所吴忠帅教授与中科大余彦教授在国际顶级学术期刊Energy& Environmental Science上发表题目为：Ionogel-based sodiumion micro-batteries with a 3D Na-ion diffusion mechanism enable ultrahigh rate capability的研究论文。该研究制备了一种基于钛酸钠作为负极与磷酸钒钠正极所组装的柔性非水系平面型NIMBs，正负极材料均嵌入在3D导电石墨烯网络，使用NaBF₄-基离子凝胶电解质，其具有超高的离子电导率：8.1 mS cm^-1。所制备的NIMBs展示出了可观的面积能量密度，稳定的倍率性能，杰出的柔韧性以及可控的电压和容量输出，都可以归因于优异的平面几何学的耦合效应，多方向的钠离子扩散通道以及赝电容的贡献。此外，研究者们提出了一种探索微尺度平面型储能器件的储能机制的理想原位表征模型。

【图文导读】

图1. NIMBs的制备过程示意图，电极材料的微观形貌表征以及宏观器件的展示。

图2. 离子凝胶电解质NIMBs的电化学性能。

图3.  钠离子储存机理的研究。

图4.  3D多方向钠离子扩散示意图。

图5. NIMBs的柔性及高温性能测试。

【本文总结】

综上所述，本文设计并制备了一种准固态的平面离子凝胶基的NIMBs，海胆状的NTO负极与花状的NVP正极，以EG作为2D的添加剂，是柔软无金属的集流体具有稳定的结构、较高的导电性和杰出的柔性。通过组合高离子导电性的NaBF4-基离子凝胶电解质和赝电容贡献，所组装的NTO/NaBF4-IE/NVP具有较高的体积容量，增强的倍率性能，到100℃的高温稳定性以及超高的面积能量密度145 μW h cm^-2（55.6 mWh cm^-3）。此外，3D多方向的钠离子扩散路径可以提高平面型微电池的性能。该研究为NIMBs和其他微电池建立了一种研究储能机理的原位表征模型，在其他微电子或微系统的潜在应用中具有很大潜力。

文献链接：

DOI:10.1039/c9ee03219c

信息来源：MXene Frontier