氧化物／活性炭复合电极材料的研究

用醋酸锰和高锰酸钾制备二氧化锰粉末；用氯化钌和氢氧化钠制备水合二氧化钌粉末。以二氧化钌和二氧化锰作为电极材料的活性物质，以活性碳粉末为电极的基础原料制备复合电极，并组装超级电容器单元。用x射线衍射仪和扫描电镜对电极材料进行表征，可得复合电极具有明显的电容特征。在浓度为38％的硫酸电解质溶液中，对复合电极进行电化学性能测试，循环伏安曲线、充放电曲线和交流阻抗特性显示了复合电极材料具有良好的电化学性能。碳，锰复合电极的比容量为128F／g，碳/锰/钌复合电极的比容量为266F/g。当二氧化钌和二氧化锰在电极中质量比各占20％时，更能发挥活性物质的作用，由该电极材料组成的超级电容器具有理想的电容特性。     

有机片式固体钽电解电容器制备工艺研究

研究了导电聚合物PEDT作为阴极材料的有机片式固体钽电解电容器的制备工艺,通过调整隔离材料、掺杂剂等参数有效改善了有机片式固体钽电容器的性能.重点研究了阻隔剂、掺杂剂含量等参数对有机片式固体钽电容器电容、等效串联电阻、漏电流等性能的影响.结果表明,当隔离材料体积分数为0.5%～1.5%时,薄膜具有较好的耐压性能,电容器的漏电流较小(<5μA);当掺杂剂质量分数为1.5%～2%时,掺杂剂可以有效地进入PEDT主链进行掺杂,PEDT薄膜的电导率较高,从而使电容器获得较低的等效串联电阻.     

基于高比容钽粉的聚合物片式电容器制备工艺研究

针对比容为50000～70000μF.V/g的较高比容钽粉,研究了导电聚合物聚3,4-乙烯基二氧噻吩(PE-DOT)作为阴极材料的有机片式固体钽电解电容器的制备工艺,通过调整阳极体制备及阴极被覆工艺等参数实现了PEDOT在高比容钽块表面的有效被覆,获得了各项性能参数良好的聚合物片式钽电解电容器。重点研究了压制密度、形成电流密度等参数及分段被膜工艺对聚合物片式固体钽电容器容量引出、等效串联电阻、漏电流等性能的影响,并讨论了相应的电容器工作机理。     

MEMS用新型微型超级电容器的制造及性能分析

采用微加工工艺为MEMS制作了一种基于电化学赝电容原理储能的微型能量存储器件——新型微型超级电容器.通过光刻、感应耦合等离子体刻蚀和溅射等MEMS微加工工艺制作了硅基3D微电极阵列,并在其表面用阴极电沉积法制备了氧化钌功能薄膜.采用循环伏安法和交流阻抗法研究了3D微电极的性能,系统比较了3D微电极与平面微电极的电化学性能,测试结果表明3D微电极的比电容达1.57F· cm-2.基于三维微电极阵列阳极和钌钛金属氧化物阴极组装了微型超级电容器,恒流充放电测试结果表明该电容器的比容量达0.73F·cm-2,比功率达0.50mW·cm-2,比能量达0.36J·cm-2.     

雾化辅助常压化学气相沉积氧化钌薄膜结构及性能研究

以水合氯化钌和乙醇钠为原料,首先制备了乙醇钌的乙醇溶液。通过对乙醇钌的乙醇溶液进行雾化,以2∶1的氮氧比为载气,在400℃常压条件下沉积了RuO2薄膜。采用XRD和AFM分别表征了薄膜的结构及表面形貌,证实了RuO2薄膜的晶体结构,晶粒尺寸为21.4nm。通过电化学测试,RuO2薄膜的容量可达0.818F/cm2(549F/g),充放电性能良好。经1000次循环测试,剩余容量仍然可达到初始容量的92.1%,同时发现RuO2薄膜具有较低的阻抗,有利于薄膜电容器以大电流快速充放电。     

两种去极化剂对液体钽电容器电解质改性的研究

采用添加去极化剂的方法,对液体钽电解电容器工作电解质的配方进行改性,通过正交实验,研制出了一种新型的电解电容器电解质,用其装配成规格100V/100μF的液钽电容器,高低温性能测试结果表明,以CuS04为去极化剂,电容器的漏电流较小、容量变化小;以Fe2(S04)3作为去极化剂,电容器损耗较小,低温阻抗小,两种去极化剂都在一定程度上使电容器的高低温特性得到了改进.     

三维微柱阵列电极的电化学性能(英文)

随着MEMS技术的发展,对微纳尺寸器件的需求日益凸显,微能源的研究变得尤为重要,而微型超级电容器则是其中一种基于电化学电容实现储能的微型能量存储器件.设计了一种基于氧化钌功能薄膜的三维微柱阵列电极,并进行了相关的扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)测试.测试表明在2 mm×2 mm的硅片上,直径为50μm、高为100μm的三维微柱阵列电极的比电容为2.43 F/cm2,具有良好的电化学性能.与同容量的二维平面电极相比,基于三维结构的微型超级电容器具有明显的小尺寸优势.     

高频、低ESR钽电解电容器新工艺的开发

从阳极尺寸和结构设计、阴极被膜工艺改进,分析固体钽电容器的等效串联电阻（船尺）值的影响因素,提出了制造高频、低ESR值固体钽电解电容器的新工艺。投入10V／100μF、10V／470μF两种规格产品,结果表明：阳极块厚度控制在1．5-2．1mm时,同一规格产品具有最小体积,接触电阻r金更小;在硝酸锰溶液中添加强氧化剂和表面活性剂,制得的MnO2层的r解更低;同时采用多芯并联结构,能使固体钽电解电容器的ESR值降低到通用钽电容器的ESR值的1／3-1／2,且100kHz时电容量变化值小于20％。     

五氧化二钽薄膜的Ⅰ-Ⅴ特性

采用直流脉冲反应磁控溅射方法制备了高介电常数五氧化二钽(Ta2O5)薄膜.利用Ta/Ta2O5/Ta的MIM电容结构分析了Ta2O5的电学性能,研究了上电极面积对Ⅰ-Ⅴ特性的影响、Ⅰ-Ⅴ曲线的对称性和零点偏移以及薄膜缺陷和基底粗糙度对MIM电学性能的影响.结果表明,随着上电极面积增大,电容的漏电流密度增大,击穿场强减小.氧化钽薄膜中缺陷的存在和粗糙度增大容易引起漏电流增大,击穿强度降低.当上电极直径为1 mm时,MIM电容的性能最佳:击穿强度为2.22MV/cm,漏电流密度低于1×10-8A/cm2.     

中压大容量液体钽电解电容器电解质的研制

采用正交设计方法,对中压大容量液体钽电解电容器工作电解质的配方进行了优化设计,研究了2种去极化剂对电容器性能的影响,试验结果表明,酸度对工作电解质的电导率和沸点有显著影响,在工作电解质中适量添加去极化剂,能有效地改善电容器的高低温性能.利用所研制的2种工作电解质浸渍装配成100v/100μF的液钽电容器,测试结果表明,电容器各项电性能良好.     

有序介孔碳材料的表面改性及电化学性能研究

选用HNO3对有序介孔碳材料进行表面改性。通过红外光谱、氮气吸-脱附等测试手段对介孔碳(OMC)和硝酸改性介孔碳(OMC-H)的结构进行表征。采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等测试比较OMC和OMC-H的电化学性能。结果表明,改性后OMC-H的孔结构发生了变化,OMC的介孔孔径增大,比表面积和孔体积减小。同时,改性也改善了超级电容器的电化学性能。OMC-H单电极在1 m V/s的比电容为262 F/g,高于OMC单电极的比电容(205 F/g)。改性后OMC-H电容器的电荷转移阻抗明显减小。OMC-H电容器欧姆电压降明显小于OMC,表明硝酸改性后介孔碳电极的等效串联内阻减小。改性后OMCH电容器充放电1 500次以后,比电容趋于稳定在58F/g,相比改性前OMC电容器的49 F/g有明显的增加。     

硅基MEMS三维微电极阵列的超电容特性

三维微电极是一种具有空间结构优势、电化学性能比二维微电极更加优越的微型储能结构.本文提出一种基于光刻、感应耦合等离子体刻蚀和溅射等MEMS工艺加工三维结构硅基微电极阵列的新方法.采用电化学阴极沉积工艺在微电极表面制备了纳米氧化钌功能薄膜.借助扫描电子显微镜、循环伏安测试和电化学交流阻抗谱测试等手段对三维微电极的表面形貌和电化学性能进行了表征,系统研究了阴极沉积电流密度、电沉积时间以及硅基微结构表面"微草效应"对三维微电极超电容特性的影响.所制备三维微电极的比电容达到1.57 F/cm2,与平面电极比电容0.42 F/cm2相比明显提高,而电化学阻抗比二维平面微电极显著降低.相关实验数据表明基于MEMS技术加工的三维结构微电极具有优于平面电极的电化学电容储能特性.     

超级电容器用（RuO2/SiO2）·nH2O复合薄膜电极的研究

以水合三氯化钌(RuCl3.3H2O)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-热分解法制备了超级电容器用(RuO2/SiO2).nH2O复合薄膜电极材料。研究了热处理温度及热处理时间对电极材料电学性能的影响。借助CHI660C电化学工作站对薄膜材料的电化学性能进行了测试,采用SEM、XRD、FTIR等检测手段对复合材料的微观形貌、物相结构进行了分析。结果表明,固定水合三氯化钌和正硅酸乙酯的物质的量比为10∶3,当热处理温度和时间分别为350℃和2h时,复合薄膜电极具有优良的综合性能,比表面积为265.7m2/g,比电容最高为421F/g,充放电电流为0.1A时,内阻最高为0.72Ω。     

五氧化二钽薄膜的I—V特性

采用直流脉冲反应磁控溅射方法制备了高介电常数五氧化二钽(Ta_2O_5)薄膜。利用Ta/Ta_2O_5/Ta的MIM电容结构分析了Ta_2O_5的电学性能,研究了上电极面积对I-V特性的影响、I-V曲线的对称性和零点偏移以及薄膜缺陷和基底粗糙度对MIM电学性能的影响。结果表明,随着上电极面积增大,电容的漏电流密度增大,击穿场强减小。氧化钽薄膜中缺陷的存在和粗糙度增大容易引起漏电流增大,击穿强度降低。当上电极直径为1mm时,MIM电容的性能最佳:击穿强度为2.22MV/cm,漏电流密度低于1×10~(-8)A/cm~2。     

高性能炭电极材料的制备和电化学性能研究

以胡桃壳为前躯体,采用ZnCl2化学活化法制备炭电极材料,研究了活化剂与果壳的不同混合质量比例对炭材料性质的影响,用氮气吸附和傅立叶红外表征活性炭材料的比表面积、孔结构和表面性质,结果表明:活性炭材料表面存在着含氧官能团,为一种高微孔无定形炭材料;以制备的活性炭为电极材料,KOH为电解液构成超级电容器,采用循环伏安、恒流充放电等电化学方法研究了其电化学性能,结果表明:制备的活性炭电极材料表现出理想的电化学电容行为,比电容高达271.0F/g,漏电流和等效串联电阻分别只有0.25mA和0.39Ω,稳定性很高,循环充放电5000次后,电容量仍保持88%以上.     

聚苯胺-石墨烯/聚酰亚胺复合导电纱的制备及其超电容特性

为了提高石墨烯/聚酰亚胺(rGO/PI)复合纱线电极的电化学性能,采用电化学聚合法在rGO/PI复合纱线表面沉积聚苯胺(PANI)颗粒,研究了沉积时间对PANI-rGO/PI复合导电纱的形貌及增重的影响。结果表明, PANI在rGO/PI复合纱线表面均匀沉积,且沉积量随着沉积时间的增加而增大。采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了PANI-rGO/PI复合导电纱线的电化学行为。结果表明, PANI沉积时间对纱线电极的循环伏安特性、恒流充放电曲线等有很大的影响,当PANI沉积时间为900 s时,所得PANI-rGO/PI复合纱线电极的循环伏安特性和恒流充放电性能表现均最优,比电容为81.22 F·cm^-3,而rGO/PI纱线电极仅为16.4 F·cm^-3。以最优工艺制得的PANI-rGO/PI复合导电纱作为电极组装了纤维状超级电容器,采用交流阻抗谱法(EIS)、 CV及GCD对器件进行电化学性能表征。结果表明,该器件体积比电容可达41.73 F·cm^-3,在充放电3 000次后比电容依然能够维持在85%左右,所得纤维状超级电容器经过串联可成功驱动LED灯。     

流延涂布法制备活性炭电极膜片的超级电容器

应用流延涂布方法制备活性炭电极膜片,采用电极膜片层叠技术制造超级电容器.由于使用价廉的粉状活性炭做电极原料,大大提高了电容器的制造效率,为大批量生产和商业化创造了条件.电化学应用测试发现KOH体系超级电容器拥有良好的电化学性能.其能量密度可达1.16 Wh/Kg,5万次充放电循环后能量损耗率小于20 %,且功率特性好,内阻和漏电流小,能够在-20 ℃～80 ℃下正常工作,保存500 d后性能基本上没有衰减.     

非固体电解质230℃高温全钽电容器制造技术的研究

从阳极和结构设计、工艺改进,分析非固体电解质高温全钽电容器工作稳定性和可靠性的影响因素,提出了非固体电解质230℃高温全钽电容器制造技术.试制了50 V、160 μF规格产品,结果表明:通过改进阳极和结构设计、形成和装配工艺条件,可显著提高电容器氧化膜质量和工作电解液耐高温性能,确保电容器能满足230℃高温环境下的各项技术指标.     

Design and fabrication of a RuO2 microelectrode-based micro-supercapacitor

基于感应耦合等离子刻蚀等工艺设计制作了一种具有双腔室结构的微型氧化钌超级电容器,在其腔室微结构中基于电化学沉积方法制备了氧化钌微电极功能薄膜.直流充放电测试结果表明,该微型超级电容器的比容量达到0.012F·cm-2,储能密度达到0.006J·cm-2.进行了氧化钌/碳纳米管复合功能,薄膜微电极的性能研究,阻抗谱测试与伏安测试曲线表明,与氧化钌微电极功能薄膜相比,氧化钌/碳纳米管复合功能薄膜阻抗显著降低,容量明显提高,基于该复合功能薄膜的微型超级电容器的储能密度等关键性能指标可得到显著提高.     

电容器用钽阳极失效分析与研究

利用扫描电镜进行电容器用钽阳极失效原因分析,造成单支阳极块漏电流异常偏大甚至被击穿的主要原因为:局部存在的夹杂物质引起氧化膜生长异常导致颗粒表面局部钽氧化物薄膜不连续,大量的电子通过造成漏流偏大甚至击穿。阳极块中出现的异物为原料钽锭中存在的钽的碳化物夹杂,由于其高熔点、耐酸蚀的特点使得钽粉后续处理过程中无法去除而保留在了钽粉中。背散射电子成像可应用于钽样品检测。