[發明專利]一種超級電容器極板材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200910047989.0
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101510467A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 王連衛;苗鳳娟;陶佰睿
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;B81C1/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司
• 代理人: 傅戈雁

技術領域

本發明涉及一種超級電容器極板材料，尤其涉及與半導體工藝相結合的超 級電容器極板材料的制備方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，人類生活環境的提高，對能源的要求也越來越多樣 化，也要求儲能設備具有更高的能量密度和功率密度，來替代或者輔助當前 使用的電池。

超級電容器又稱為電化學電容器，有著法拉級的超大電容量，比傳統的 靜電電容器的能量密度高上百倍，它的功率密度較電池高近十倍，充放電效 率高，因此作為一種新型的儲能裝置受到越來越多的關注。

按儲能機理的不同，超級電容器可分為贗電容器和雙電層電容器兩類， 在最近幾年里研究制作能夠產生更高的能量密度的電容器極板材料成為人們 關注的熱點。現在研究的極板材料主要有三種，一種是具有高比表面積的碳 材料，例如碳納米管，碳納米管具有獨特的中孔結構，良好的導電性，比表 面積大，適合電解液中離子移動的孔隙以及交互纏繞可形成納米尺度的網狀 結構，然而碳納米管材料作為電極時雖然能提供較平面極板較大的有效面積， 但是其制作工藝非常復雜和繁瑣；還有一種導電聚合材料，此種材料也得到 了較廣泛的研究，但是應用在高溫和小型化方面有很多缺點；第三種是以金 屬氧化物作為電極材料，例如RuO₂和IrO₂，此種材料具有較高的比電容，較 好的電導率和化學穩定性，已經被研究證明了是較理想的電極材料，但是他 們的原料成本高昂，并且較為稀有，某些材料如RuO₂有毒性，所以這些因素 都限制了他們的應用。

與此同時，因為超級電容器較傳統電容器充放電時間短，持續時間長， 對環境無污染，具有較高的比電容的這些特點，使得超級電容器在電動汽車、 通訊、消費和娛樂電子、信號監控等領域的電源應用方面具有廣闊的市場前 景。因此人們日益把目標集中在尋找低成本，適宜廣泛應用且有較好的電容 特性的電極材料上，例如NiO，CoO_x，MnO₂，Ni(OH)₂，Co(OH)₂等。但是這些材 料一般還是需要負載在碳納米管上或者多孔氧化鋁襯底上制作超級電容器電 極，因此仍然沒有解決上述限制應用的問題，無法集成化，小型化。

在微機電系統(MEMS)領域，很多工藝與半導體相關，如此可制作出體 積小，功能強大的產品。我們在專利申請號為200610025900的專利申請文件 中公開了一種制備大孔硅微通道的方法，可有效提升硅微通道的深寬比，制 備出均勻，特性穩定的較大面積的硅微通道，因此可以提供更大的比表面積。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種超級電容器極板材料制備方法， 解決現有技術的缺陷。

技術方案

一種超級電容器極板材料的制備方法，其特征是：包括如下步驟：

A.采用電化學法制作硅微通道；

B.以硅微通道為襯底，經表面預處理后，在無電鍍鎳鍍液中沉積鎳層， 形成鎳/硅微通道納米復合結構；

C.對制作的鎳/硅微通道納米復合結構在氧氣氣氛中進行快速熱退 火，溫度控制在350℃到550℃之間，時間控制在6到10分鐘，即形成氧化 亞鎳/硅微通道復合結構材料。

所述步驟A中的制作硅微通道的電化學法為首先利用光刻定義硅片孔的 位置，進行預腐蝕，當孔呈倒四棱臺結構時停止腐蝕；隨后沿著倒四棱臺頂 角向下進行電化學深刻蝕，在襯底上形成微通道結構；然后進行背面減薄至 所刻蝕位置；再用超聲波分離使中間未刻蝕部分脫落，即獲得拋離于襯底的 硅微通道結構。

所述步驟B中的表面預處理指：用1％聚乙二醇辛基苯基醚溶液浸潤30秒。

所述步驟B中的無電鍍鎳鍍液的配方為：濃度為0.8～1.4摩爾/升的六水 合流酸鎳，濃度為8～12毫克/升的十二烷基硫酸鈉，濃度為2.3～2.7摩爾/ 升的氟化氨，濃度為0.1～0.3摩爾/升的檸檬酸鈉，再配上氨水調整鍍液的pH 值為7.0～10。

在所述鍍液中沉積30到45分鐘。

采用這種超級電容器極板材料制成的超級電容器。

有益效果

本發明提供了一種新型的超級電容器極板材料制備方法，優勢非常明顯， 具體地說主要為以下幾點：