微型智能设备一直卡在供电难题!二维硼化物被视为下一代储能明星材料,却长期困在制备难、缺陷多的瓶颈。我国中科院大连化物所团队首创全新剥离工艺,攻克行业难题,全球首次实现高质量二维硼化物在微型储能芯片的稳定应用。
咱们打个通俗比方,微型储能材料就像是智能手表、微型传感器里面的微型电池。二维硼化钼这类二维硼化物,本身导电性能优秀,就像密密麻麻布满快充通道的高速路网,理论上非常适合做小型储能元件。
但是过去全球科研团队制备这种材料时,一直碰到三大麻烦:剥离出来的纳米片尺寸参差不齐、晶体缺陷很多,薄片还容易重新堆叠粘在一起,好比一张张薄纸剥离之后又紧紧粘成厚本子,内部大量快充通道被堵死,最终做出来的储能器件性能差、稳定性不足,很难真正投入微型芯片使用。
这项成果来自中科院大连化学物理研究所吴忠帅研究员团队,相关论文正式发表于顶刊《美国化学会志》,中科院科研进展专栏在2026年8月31日对外公开发布成果解读。
团队创新开发无水锂离子溶剂辅助剥离全新策略,先通过熔盐刻蚀去除前驱体里的铝层,再利用无水氯化锂-二甲基亚砜溶剂配合物撑开材料层间缝隙,成功制备出大面积、高结晶度的二维硼化钼纳米片,纳米片平均厚度约3纳米,横向尺寸可达300纳米。
科研人员用这种新材料搭建平面叉指微型超级电容器,实现102.4 mF cm⁻²的面积比电容,面积能量密度可达4μWh cm⁻²,器件还能在低至零下30摄氏度的低温环境稳定工作。团队更进一步,把储能元件、无线充电线圈、压力传感器整合在一起,搭建出完整的柔性无线充电—储能—传感微系统,验证了这套材料在柔性智能电子设备落地的可行性。
该成果首创无水锂离子溶剂辅助剥离制备路线,攻克二维硼化物规模化高质量制备的行业难题,全球首次将高质量二维硼化物稳定应用于微型储能芯片。此前国际同行大多只能制备小尺寸、高缺陷的二维硼化物样品,大多停留在实验室基础表征,难以构建高性能、可集成的微型储能器件。这套新工艺有效避免传统湿法制备带来的氧化残留、薄片堆叠问题,制备工艺具备规模化拓展潜力,补齐了二维硼化物从材料研发走向微型器件应用的关键一环。
该论文刊登在材料化学领域权威期刊《美国化学会志》,国际二维能源材料领域评价,这项工作打通了二维硼化物制备到微纳储能集成的完整链路,为MBene类二维材料的工业化制备提供了全新可行方案,拓展了新型二维储能材料的应用边界。
它的应用场景十分广阔,面向各类微型智能硬件:微型物联网传感器、微型可穿戴健康设备、柔性电子皮肤、微型无人机机载微纳电源等。
这项成果的核心作用分为两层:第一,突破二维硼化物制备工艺瓶颈,搭建起高质量二维硼化钼的可控制备方案,丰富下一代储能二维材料库;第二,验证二维硼化物在微型储能芯片的实用价值,为微型化、集成化柔性智能微系统提供全新储能解决方案,助力微纳电子元器件国产化材料升级。
该成果属于基础应用前沿科研突破,本次原创的无水锂离子溶剂辅助剥离工艺,可为全球相关领域科研工作者提供全新的研究思路。
