图 超低阻平面型微型插指电化学滤波电容器的设计与制造
在国家自然科学基金项目（批准号：22035005）等资助下，清华大学曲良体教授团队在电化学滤波电容研究领域取得进展，研究成果以“超低阻电化学电容器用于可集成线滤波（Ultralow-resistance electrochemical capacitor for integrable line filtering）”为题，于2023年11月15日在线发表于《自然》（Nature）杂志。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06712-2。
目前的商用滤波电容器以电解电容器为主，但是其庞大的体积占据了电路板中极大的空间，限制了电路微型化乃至设备小型化的进程。电化学电容器的比容量较电解电容器高3个数量级，这为发展微型化、集成化的滤波电容提供了可能；但受限于缓慢的离子迁移动力学，无法做到滤波需求的高频率响应能力。因此，电化学电容器往往需要以牺牲比容量的方式，平衡高频率的需求，到目前为止还难以实现实际应用。
该研究团队报道了一种电场增强离子迁移的新策略，通过提升局部电场强度促进内部离子迁移速率以降低串联内阻，弥补电化学电容器高频特性的不足。基于垂直取向石墨烯与PEDOT：PSS衍生的复合活性电极，以及5微米的窄沟道结构，面积比电容较之前研究提升一倍，达到5.2 mF cm-2；在与商用电解质电容器频率性能相当的同时，比容量较之提升2个数量级。并且通过飞秒激光的加工方法，实现了高密度、高一致性的集成，解决了电容器额定电压/电容的定制化问题。在实场验证中，该电容器表现出优异的滤波性能和电路兼容性，甚至针对于柔性电子电路也表现出优异的稳定滤波能力。该研究为发展高性能电化学滤波电容提供了新的认识和设计思路。