[發(fā)明專利]場效應(yīng)調(diào)控超級電容器的制備方法

有效

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• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104217863B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 麥立強(qiáng);王佩瑤;雙逸;晏夢雨
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種場效應(yīng)調(diào)控超級電容器的制備方法。

背景技術(shù)

超級電容器，是20世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來的一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能器件，具有法拉級的超大電容量，比同體積的電解電容器容量大2000-6000倍，功率密度比電池高10-100倍，同時(shí)具有更長的循環(huán)壽命，被認(rèn)為是一種高效、實(shí)用的新型清潔能源，目前作為備用電源，廣泛應(yīng)用于照相機(jī)、錄像機(jī)、移動電話、計(jì)算機(jī)等電子器件產(chǎn)品中。

超級電容器根據(jù)儲能機(jī)理的不同，可分為雙電層電容和贗電容。雙電層電容的產(chǎn)生主要基于電極/電解液界面上電荷分離所產(chǎn)生的雙電層電容，如碳電極電容器；贗電容器電容的產(chǎn)生是基于電活性離子在貴金屬電極表面發(fā)生欠電位沉積，或在貴金屬氧化物電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的吸附電容。

現(xiàn)有研究中，無論是雙電層電容還是贗電容，提高電容器容量的有效方法都是提高電極材料的比表面積。雙電層電容器通常采用高比表面積的活性碳；贗電容器通常采用納米粒度的金屬氧化物。但是，電極材料內(nèi)只有能夠與電解質(zhì)接觸的微孔表面才能產(chǎn)生電容，現(xiàn)有的雙電層電容器和贗電容器的不足在于，多孔電極表面積的主要部分是微孔，由于電解質(zhì)溶液表面張力的作用，使電解質(zhì)溶液很難進(jìn)入到多孔電極的微孔內(nèi)，導(dǎo)致電極材料表面積利用率低，甚至產(chǎn)生有的碳電極材料比表面積很大，但制成電容器后電容卻不大的現(xiàn)象。

對于改善電容器能量密度低的問題，現(xiàn)在常見的思路有兩方面，一是：通過改變材料的尺寸結(jié)構(gòu)，增大材料與電解質(zhì)的接觸面積。如材料尺寸納米化，或者是制備出多孔的結(jié)構(gòu)；二是：通過與其他材料的復(fù)合，從化學(xué)組成上改善其儲能性能，如MnO₂與石墨烯的復(fù)合。以上改善方法制備工藝復(fù)雜，制作成本較高，方法普適性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種增大超級電容器容量的方法。

為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：

一種場效應(yīng)調(diào)控超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

場效應(yīng)晶體管的溝道作為超級電容器的電極材料，制備出對電極，涂布光刻膠覆蓋住場效應(yīng)晶體管的源、漏極，封裝電解液。

按上述方案，所述溝道采用的材料為電極材料。

一種場效應(yīng)調(diào)控超級電容器的制備方法，包括以下步驟

在襯底上沉積一層介電層材料；將電極材料分散在所述的介電層材料上；在介電層和溝道上涂布抗蝕劑，制備出源極、漏極和電容器的一個(gè)電極；在源極、漏極上涂布光刻膠；用聚二甲基硅氧烷整體封裝，注入電解液，得到場效應(yīng)調(diào)控超級電容器。

本發(fā)明的有益效果：

提出了一種提高超級電容器能量密度的思路，即通過外加場效應(yīng)改變材料自身的載流子分布與導(dǎo)電性對儲能器件進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)，外加電場強(qiáng)度易于調(diào)節(jié)的特點(diǎn)為我們對于超級電容器容量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控提供了可行性；

在柵極電場的調(diào)控作用下，超級電容器的容量平均有3到5倍的提升，并保持有原有的倍率性能。

附圖說明

圖1：:實(shí)施例1的場效應(yīng)調(diào)控超級電容器循環(huán)伏安曲線圖；

圖2：:實(shí)施例1的場效應(yīng)調(diào)控超級電容器倍率性能圖；

圖3：:實(shí)施例2的場效應(yīng)調(diào)控超級電容器循環(huán)伏安曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下具體實(shí)施方式進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

本發(fā)明場效應(yīng)調(diào)控超級電容器的制備過程：

在襯底上沉積一層介電層材料；將電極材料分散在所述的介電層材料上；在介電層和溝道上涂布抗蝕劑，制備出源極、漏極和電容器的一個(gè)電極；在源極、漏極上涂布光刻膠；用聚二甲基硅氧烷整體封裝，注入電解液，得到場效應(yīng)調(diào)控超級電容器。

通過外加場效應(yīng)改變材料自身的載流子分布與導(dǎo)電性對儲能器件進(jìn)行優(yōu)化，在柵極電場的調(diào)控作用下，超級電容器的容量平均有3到5倍的提升，并保持有原有的倍率性能。

實(shí)施例1

1)選用帶有300nm熱氧化層的硅基片，將硅基片切成適當(dāng)尺寸，然后用異丙醇(IPA)超聲清洗硅片約30s，用氮?dú)獯蹈伞?/p>

2)使用旋涂儀在基片上旋涂一層MMA，旋涂的轉(zhuǎn)速為4000rpm，旋涂時(shí)間為90s，使用電熱板烘烤，180℃，5min；然后再在基片上旋涂一層PMMA，旋涂的轉(zhuǎn)速為4000rpm，旋涂時(shí)間為90s，使用電熱板烘烤，180℃,5min。

3)使用電子束曝光機(jī)(EBL)在旋涂好的硅片上刻蝕外電極和標(biāo)記的圖案，曝光劑量為380μC/cm²，電子束加速電壓為30kV，電子束電流為400pA。