[發明專利]一種超級電容器電極結構及增強方法

有效

• 申請號: 201911149119.4
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110931263B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 鄭鑫;郭筱潔;秦海英;張康;金思佳;余華;黃帥
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/86
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

本發明公開了一種超級電容器電極結構及增強方法，屬于新能源技術領域。電容器電極材料（2）和電容器增強層（1），在電容器增強層（1）與電容器電極材料（2）之間通過壓電效應形成PN結。增強方法包括以下步驟：S1：給電容器增強層（1）和電容器電極材料（2）施加電壓，恒電流充電，使用時再進行放電處理；S2：充放電的同時，對電容器增強層（1）和電容器電極材料（2）施加應力，使其變形。

技術領域

本發明涉及一種超級電容器電極結構及增強方法，屬于新能源技術領域。

背景技術

隨著新能源汽車的大力 推廣、數碼電子產品加速普及，動力電池市場也隨之快速發展。 據前瞻產業研究院大數顯示， 2016年中國動力電池市場規模為645億元。但是動力電池的功率密度較低，一直制約其應用發展。超級電容器是一種介于傳統級電容器和動力電池之間的新型電化學儲能器件，它具有充放速度快、循環壽命長且環境友好等優勢，逐漸成為了研究的焦點和熱點。已報道的研究往往都是通過化學或材料的方法實現高比表面積或（和）高導電性，如A flexible alkaline rechargeable Ni/Fe battery based ongraphene foam/carbon nanotubes hybrid film文章中所記載， 從而獲得高電容量的電極材料，如引入另一種或多組元構成納米復合材料，而在物理機制和效應方面的研究涉及較少。

界面是影響超級電容器性能的最主要的因素之一，也是對超級電容器進行性能調控的主要方向，諾貝爾物理學獎Herbert Kroemer有個經典論斷：“The interface is thedevice”（界面就是器件）。已有大量研究，在Predictable particle engineering:programming the energy level, carrier generation and conductivity of core-shell particles中記載，通過在超級電容器電極中進行能帶設計，引入異質結結構，有效實現了高的電子傳輸效率。壓電電子學效應是一種基于壓電半導體材料的新的物理效應，通過應變產生壓電極化電荷，調節異質結界面處的能帶結構，從而可有效的控制器件界面處載流子的產生、分離、傳輸和復合行為，如在文章Piezoelectric field effecttransistor and nanoforce sensor based on a single ZnO中記載，壓電效應是研究界面能帶結構/器件性能關系的有效手段。基于壓電電子學理論對超級電容器電極界面進行人工調控，得到界面演變對電極性能的影響規律與機制，為高性能超電容電極材料的設計制備提供理論基礎具有重要的科學意義和研究價值。

針對超級電容器異質結界面優化來提高性能與構建已有一些報道，如PorousElectrospun Fibers with Self-Sealing Functionality: An Enabling Strategy forTrapping Biomacromolecules和Dendritic Heterojunction Nanowire Arrays forHigh-Performance Supercapacitors。但界面相關物理參數對性能的影響機制的理論研究甚少，缺乏調控異質結界面電子能帶結構的手段。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種超級電容器電極結構及增強方法。

一種超級電容器電極結構，包括電容器電極材料和電容器增強層，在電容器增強層與電容器電極材料之間形成PN結，電容器增強層具有壓電效應。

進一步的，所述的電容器增強層為N型半導體且具有壓電特性，所述電容器電極材料為P型半導體且具有多價態；所述的電容器增強層的材料為ZnO、GaN或其摻雜物，所述電容器電極材料為金屬氧化物、金屬氫氧化物、導電聚合物等的任意一種或幾種。