基于MEMS技術(shù)的超級(jí)電容器三維微電極陣列制備及表征方法研究.pdf

1、微型超級(jí)電容器是一種具有儲(chǔ)能密度高、放電功率大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、體積小、充電速度快、可靠性好、污染小等特點(diǎn)的新型儲(chǔ)能器件，是信息、電子、儀表、能源、交通和國(guó)防安全等領(lǐng)域重要的關(guān)鍵部件。論文針對(duì)如何解決微型超級(jí)電容器三維微電極加工及其表面功能薄膜制備關(guān)鍵技術(shù)難題，開(kāi)展基于MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術(shù)的超級(jí)電容器三維微電極陣列結(jié)構(gòu)制備關(guān)鍵技術(shù)研究，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本

2、文針對(duì)微型超級(jí)電容器亟待解決的三維微電極加工及其表面功能薄膜制備技術(shù)難題，提出基于MEMS技術(shù)制備三維微電極陣列結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)表面采用電化學(xué)方法沉積電極活性物質(zhì)薄膜制備超級(jí)電容器三維微電極陣列的思路。分析了超級(jí)電容器電極性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，建立了三維微電極陣列電場(chǎng)分布模型；研究了基于硅基的SU-8膠和體硅三維微電極陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備方法，采用恒電流、恒電壓、脈沖等電化學(xué)沉積方法，在柱狀、條狀、梳齒、硅基井狀等三維微電極陣列結(jié)構(gòu)表面沉積氧化錳

3、、氧化釕、聚苯胺薄膜等作為電極活性功能薄膜，成功研制出三維微電極陣列。采用掃描電鏡、循環(huán)伏安、恒流充放電等多種表征方法對(duì)制備的電極進(jìn)行了表征?；诰劢闺x子束刻蝕方法，研究了導(dǎo)電薄膜電極分離技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容器正電極和負(fù)電極的有效分離，研究了導(dǎo)電聚合物膠體電解質(zhì)，突破了基于MEMS技術(shù)制備超級(jí)電容器的電極分離和封裝關(guān)鍵技術(shù)，在硅基上成功研制出微型超級(jí)電容器原理樣品。本文的研究主要工作：
　?、倬C述了超級(jí)電容器微型電極的研究現(xiàn)狀

4、與發(fā)展趨勢(shì)，分析了現(xiàn)有各種微型電極制備方法存在的不足，提出了基于MEMS技術(shù)的微型超級(jí)電容器三維微電極陣列制備的整體思路；
　?、诜治隽顺?jí)電容器電極形貌、電極間距與性能的關(guān)系，采用有限元方法對(duì)三維微電極陣列的電場(chǎng)分布進(jìn)行了分析，建立了電場(chǎng)有限元模型，研究了電極形狀、電極尺寸、電極間距等因素對(duì)電場(chǎng)的影響，優(yōu)化了三維微電極陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)；
　　③基于MEMS技術(shù)，提出了基于硅基SU-8膠和體硅三維微電極陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工方法，使

5、用電化學(xué)方法在三維微電極陣列結(jié)構(gòu)表面沉積活性物質(zhì)薄膜制備電極的方法。研究了SU-8膠微結(jié)構(gòu)制備過(guò)程中的應(yīng)力問(wèn)題，解決了SU-8膠微電極陣列結(jié)構(gòu)與基底結(jié)合力的關(guān)鍵問(wèn)題；研究了體硅三維微電極陣列結(jié)構(gòu)制備方法，解決了刻蝕過(guò)程中的“草地”和“黑硅”問(wèn)題；
　?、苎芯苛嗽谌S微電極陣列結(jié)構(gòu)表面沉積電極活性物質(zhì)薄膜的制備方法和三維微電極陣列表面形貌表征及電化學(xué)性能表征；采用恒電壓、恒電流方法沉積氧化錳薄膜，采用恒電壓和循環(huán)伏安方法合成聚苯胺薄

6、膜，以雙電極方波脈沖方法制備氧化釕薄膜。采用掃描電鏡、能譜儀和X射線(xiàn)衍射儀對(duì)三維微電極表面活性物質(zhì)形貌及成分進(jìn)行了表征，使用電化學(xué)工作站對(duì)電極進(jìn)行循環(huán)伏安特性、交流阻抗特性、恒流充放電特性測(cè)試，完成了對(duì)微電極的測(cè)試與分析；
　?、菅芯苛司劢闺x子束刻蝕分離電極技術(shù)，成功分離了微型超級(jí)電容器的正、負(fù)電極；研制了導(dǎo)電聚合物膠體電解質(zhì)等，解決了微型超級(jí)電容器電極分離、封裝難題，在硅基上成功研制出基于MEMS技術(shù)的三維微電極陣列結(jié)構(gòu)微型超級(jí)