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電容器是三大被動元器件之一，在電子電路中起到至關重要的作用。據統計，每年的全球電容消費市場份額達200億美元，中國是世界上最大的基礎電子元件市場，一年消耗的電容數以萬億計，然而高端電容器一直受日美壟斷。其中，濾波電容是電路中不可或缺的重要器件，起到濾波、穩壓、紋波濾除的作用，從而保證中央處理器、記憶存儲器等精密電子器件的平穩運行，決定了先進電子器件/設備性能。

目前的商用濾波電容器以電解電容器為主，但是其龐大的體積占據了電路板中極大的空間，限制了電路小型化乃至設備小型化的進程。電化學電容器的比容量較電解電容器高三個數量級，這為發展微型化、集成化的濾波電容提供了可能。但受限于緩慢的離子遷移動力學，無法做到濾波需求的高頻率響應能力。因此，電化學電容器往往需要以犧牲比容量的方式，平衡高頻率的需求，到目前為止還難以實現實際應用。

超低阻平面型微型插指電化學濾波電容器的設計與制造

在該研究中，曲良體課題組報道了一種電場增強離子遷移的新策略，通過提升局部電場強度促進內部離子遷移速率以降低串聯內阻，彌補電化學電容器高頻特性的不足。基于垂直取向石墨烯與PEDOT：PSS衍生的復合活性電極，以及5微米的窄溝道結構，將面積比電容較之前工作提升一倍，達到5.2 mF cm^-2。在與商用電解質電容器頻率性能相當的同時，比容量較之提升兩個數量級，并且通過飛秒激光的加工方法，實現了高密度、高一致性的集成，解決了電容器額定電壓/電容的定制化問題。在實場驗證中，該電容器表現出優異的濾波性能和電路兼容性，甚至針對于柔性電子電路也表現出優異的穩定濾波能力。

該研究為發展高性能電化學濾波電容提供了新的認識和設計思路，通過電場增強離子遷移動力學行為，實現內阻的急劇降低；研究同時實現了電化學濾波電容器的可規模化高一致性芯片式集成，標志著電化學濾波電容器走出邁向實際應用的重要一步。

近日，相關研究以“用于可集成線濾波的超低阻電化學電容器”（Ultralow-resistance electrochemical capacitor for integrable line filtering）為題發表在《自然》（Nature）期刊上。

清華大學化學系2021級博士研究生胡亞杰和福州大學吳明懋副教授為論文第一作者，清華大學化學系曲良體教授為論文通訊作者。合作者包括中國科學院力學研究所劉峰副研究員和北京理工大學姜瀾教授等。研究得到國家自然科學基金等項目的支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06712-2