激光直写石墨烯修饰导电聚合物提升准固态超级电容器储能性能

　　本研究通过电沉积还原氧化石墨烯(rGO)和聚亚甲蓝(pMB)纳米颗粒对激光诱导石墨烯(LIG)电极进行改性，结合宽电化学窗口凝胶电解质，使准固态超级电容器的比电容和能量密度分别提升200%和225%。该器件在5 mV·s?1 扫描速率下呈现21%扩散控制/79%电容控制的储能机制，循环5000次后性能保持率>91%，库仑效率达100%，为微型化储能器件开发提供新思路。

　　

研究背景与意义
随着可穿戴设备和植入式电子产品的快速发展，微型化储能器件面临能量密度提升的瓶颈。传统超级电容器依赖双电层储能机制，虽具有功率密度高、循环寿命长的优势，但其能量密度（E = ? CV²
）远低于电池。激光诱导石墨烯(LIG)因其可图案化加工、环境友好制备等特性成为研究热点，但纯LIG电极的比电容有限。如何通过材料改性协同提升电容特性与电化学窗口，成为突破技术壁垒的关键。

突尼斯高等教育与科学研究部的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表成果，创新性地将电化学沉积的还原氧化石墨烯(rGO)和聚亚甲蓝(pMB)纳米颗粒引入LIG电极体系，结合宽电压窗口凝胶电解质，构建出高性能准固态超级电容器。该器件比电容达20.23 mF·cm^?2
，较裸LIG提升200%，能量密度增幅达225%，且具备优异的柔性特性。

关键技术方法

1. 激光直写技术：采用CO₂
   激光器在聚酰亚胺基底上制备三维多孔LIG电极，电极图案为叉指结构以降低欧姆损耗；
2. 电化学共沉积：在LIG表面依次沉积rGO和pMB，引入法拉第反应位点；
3. 凝胶电解质优化：选用低含水量聚乙烯醇基电解质，通过氢键网络抑制水分解，将电化学窗口扩展至2.5-5 V；
4. 电容分解分析：通过Dunn法量化扩散控制与电容控制的贡献比例。

研究结果
Elaboration of the supercapacitors
采用三步法制备pMB/rGO/LIG复合电极：激光直写构建3D多孔骨架→电化学沉积rGO增强导电性→pMB引入氧化还原活性位点。叉指设计使电极面积达1.0 cm²
，有效降低界面阻抗。

Discussion
电容分解显示：5 mV·s^?1
下电容控制贡献占79%，证实pMB的赝电容效应主导储能。rGO的层状结构促进离子传输，而凝胶电解质中受限的水分子动力学将析氢过电位提高300 mV。

Conclusion
pMB/rGO/LIG器件在0.05 mA·cm^?2
电流密度下实现20.23 mF·cm^?2
比电容，能量密度达2.25 μWh·cm^?2
。5000次循环后容量保持率>91%，库仑效率从初始97.9%提升至100%，归因于pMB的稳定氧化还原特性与rGO的导电网络协同作用。

重要意义
该研究通过分子设计将导电聚合物赝电容与双电层电容耦合，突破传统碳材料储能极限。提出的"激光直写+电化学修饰"策略为柔性电子器件集成提供新范式，其环境友好的制备工艺符合可持续发展需求。未来可通过调控pMB聚合度进一步优化电荷传输动力学。