[發明專利]納米多孔復合材料的三維微型超級電容電極及其制作方法

有效

• 申請號: 201010623583.5
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102074371A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 王曉紅;申采為
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于微型儲能器件及微電子機械加工技術領域，特別涉及一種納米多孔復合材料的三維微型超級電容電極及其制作方法。

背景技術

超級電容器(Super-capacitor，Ultra-capacitor，Electrochemical?capacitor)是一種電能存儲器件，它利用電極和電解質接觸界面所產生的雙電層效應和贗電容(Pseudo?capacitance)效應進行儲能，其相對于電池可提供更高的功率輸出，且具有更好的充放電可循環性和更高的充放電的效率。在微電子機械系統(MEMS)中，微型超級電容無論是作為微電池的補充以實現微能源的管理，還是作為電源為微系統供電，其應用都極具潛力。由于MEMS系統對微型化、集成化的需求，微型儲能器件需要在單位芯片面積上獲得盡可能高的性能，為此，可向垂直于芯片面積的第三維方向延伸的三維電極結構，以及可形成此類結構、并具有高容量的活性電極材料成為微型超級電容的探索方向。

H.In等人在2006年實現的微型超級電容采用了三明治結構^[1]，其在垂直于芯片的第三維上是不易擴展的。此后的微型超級電容的電極多采用插指型結構，如W.Sun等人在2009年^[2]，和D.Pech等人在2010年的成果^[3]，然而實現該結構的工藝仍然不具有較好的三維可延伸性，只能實現較薄的電極。Y.Q.Jiang分別在2009年^[4]和2010年^[5]所發表的成果，其用垂直生長的碳納米管叢林實現了可向第三維延伸的微型超級電容電極，然而該電極材料本身體積密度很低，單位體積儲能并不高。以上問題均會造成微型超級電容在單位芯片面積上性能的限制。此外，制造工藝的不兼容性^[2]以及電極生成過程中的高溫^[4，6]也是目前此方面研究存在的問題。

參考文獻

[1]H.In，S.Kumar，Y.Shao-Horn，et?al.，Origami?fabrication?of?nanostructured，three-dimensional?devices：Electrochemical?capacitors?with?carbon?electrodes.Applied?Physics?Letters，2006，88(8)，083104

[2]W.Sun，X.Y.Chen，Fabrication?and?tests?of?a?novel?three?dimensional?micro?supercapacitor.Microelectronic?Engineering，2009，86(4-6)：1307-1310.

[3]D.Pech，M.Brunet，P.L.Taberna，et?al.，Elaboration?of?a?microstructured?inkjet-printed?carbon?electro-chemical?capacitor.Journal?of?Power?Sources，2010，195(4)：1266-1269.

[4]Y.Q.Jiang，Q.Zhou，L.Lin，Planar?MEMS?supercapacitor?using?carbon?nanotube?forests.IEEE?22nd?International?Conference?on?Micro?Electro?Mechanical?Systems，MEMS?2009，587-590.

[5]Y.Q.Jiang，P.B.Wang，J.Zhang，et?al.，3D?supercapacitor?using?nickel?electroplated?vert?ical?aligned?carbon?nanotube?array?electrode.IEEE?23rd?International?Conference?on?Micro?Electro?Mechanical?Systems，MEMS?2010，1171-1174.

發明內容

本發明的目的是提供一種納米多孔復合材料的三維微型超級電容電極及其制作方法。其特征在于：所述納米多孔復合材料的三維微型超級電容電極為在硅襯底上依次為二氧化硅絕緣層、金屬電流收集引出層及電極活性材料層，通過微加工形成具有三維立體結構的超級電容電極。

所述三維立體結構的超級電容電極為插指型電極結構。