[發明專利]基于三維ZnO@MnO2復合納米陣列叉指電極的超級電容器及其制備方法

在審

• 申請號: 201410713658.7
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN104465119A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 李曉軍;趙勇;劉穎;江鵬;褚衛國;趙修臣
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/46;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;楊晞

1.一種基于三維ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極的超級電容器，包括封裝袋和固體電解質，其特征在于，還包括ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極，所述固體電解質和所述ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極置于所述封裝袋內，且所述固體電解質涂抹在所述ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極上。

2.根據權利要求1所述的超級電容器，其特征在于，所述的ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極由柔性透明襯底和位于柔性透明襯底上的三維ZnO納米棒陣列和MnO₂材料組成，所述MnO₂材料包覆在所述三維ZnO納米棒陣列外部。

3.根據權利要求2所述的超級電容器，其特征在于，所述柔性透明襯底為PET、PMMA或PDMS，優選為PET。

4.根據權利要求1-3之一所述的超級電容器，其特征在于，所述的ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極的有效電極寬度及電極間距為2-100微米。

5.一種如權利要求1-4之一所述的超級電容器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)配制固體電解質；

2)將固體電解質均勻地涂抹到ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極上；

3)將涂抹了固體電解質的ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極封裝，得到所述超級電容器。

6.一種如權利要求1-4之一所述的超級電容器的制備方法，其特征在于，所述ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極的制備方法為：利用微納加工技術，在柔性透明襯底上制備叉指集電極，通過溶液法在叉指集電極上生長三維ZnO納米棒陣列，并利用電沉積工藝在三維ZnO納米棒周圍包覆一層MnO₂活性材料，制備出3D柔性透明ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極的制備方法具體包括以下步驟：

1)選擇襯底：選擇柔性透明襯底并對其進行表面處理；

2)設計叉指電極圖案：設計掩膜板圖案，采用半導體器件微加工工藝，在所述襯底上加工出叉指電極圖案；

3)集電極及ZnO種子層制備：在所述襯底的叉指電極圖案上沉積Pt薄膜和ZnO薄膜；

4)制備三維ZnO納米棒陣列叉指電極：將步驟3)所述襯底置于可密封的容器內，加入三維ZnO納米棒陣列前驅液，充分攪拌后密封，然后在水浴加熱條件下，得到三維ZnO納米棒陣列叉指電極；

5)沉積MnO₂：在步驟4)得到的三維ZnO納米棒陣列上包覆MnO₂，得到MnO₂包覆的三維ZnO納米棒陣列叉指電極；

6)Lift-Off工藝：將MnO₂包覆的三維ZnO納米棒陣列叉指電極中多余的

光刻膠去除，得到柔性透明的ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟2)所述制作叉指電極圖案采用紫外光刻技術，具體操作條件為：選用型號為AZ4620的光刻膠，勻膠厚度為3-4微米，勻膠速度為1000-2000轉/分鐘，前烘溫度為80-105℃，曝光時間為15-25s，顯影時間為65-70s；

優選地，步驟3)所述Pt薄膜和ZnO薄膜通過磁控濺射方式沉積，所述Pt薄膜的厚度為60-70nm，所述ZnO薄膜的厚度為10-20nm。