[發(fā)明專利]一種片上集成超級電容器的電極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111192926.1
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN114141544B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余天;黃小燕
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/46;H01G11/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 陳明龍

1.一種片上集成微型超級電容器的電極材料，其特征在于，所述電極材料包括基底、圖形化的納米導(dǎo)電層以及有序納米雙層同軸管陣列，所述納米導(dǎo)電層設(shè)置在所述基底上，所述有序納米雙層同軸管陣列由垂直生長在所述納米導(dǎo)電層上的納米雙層同軸管構(gòu)成；所述納米雙層同軸管包括過渡金屬納米管和生長在所述過渡金屬納米管內(nèi)側(cè)的過渡金屬氧化物納米管；所述過渡金屬納米管由過渡金屬或過渡金屬合金構(gòu)成；所述過渡金屬氧化物納米管由所述過渡金屬納米管的過渡金屬或其合金中具有儲能性能的氧化物構(gòu)成；所述納米雙層同軸管管壁具有納米孔洞構(gòu)成的次級結(jié)構(gòu)，所述次級結(jié)構(gòu)沿納米管生長方向具有平均孔徑由大變小且孔洞數(shù)密度由少變多的分布特征。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述片上集成微型超級電容器的電極材料，其特征在于，所述納米導(dǎo)電層由不活潑金屬薄膜、有機(jī)導(dǎo)電薄膜、無機(jī)非金屬導(dǎo)電薄膜或有機(jī)-金屬復(fù)合薄膜中的一種薄膜或幾種的復(fù)合薄膜構(gòu)成；納米導(dǎo)電層厚度d_c為10 nm ~ 10 μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述片上集成微型超級電容器的電極材料，所述過渡金屬為Ni、Co、Fe、Mn中的一種，所述過渡金屬合金為Ni合金、Co合金、Fe合金、Mn合金中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述片上集成微型超級電容器的電極材料，其所述過渡金屬氧化物和合金氧化物納米管材料為NiO、CoO、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Co₂O₃、Co₃O₄、Mn₂O₃、MnO₂、Mn₃O₄、CoFeO₄、NiFeO₄、FeNiO₄、CoNiO₄、FeCoO₄、FeNiO₄中的一種或多種。

5.一種權(quán)利要求1-4任意一項所述片上集成微型超級電容器的電極材料制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S10、采用物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)濕法生長或旋涂法在基底上依次制備厚度d_c的納米導(dǎo)電層及厚度d_S的前驅(qū)材料層；

S20、在S10步驟得到的具有納米導(dǎo)電層及前驅(qū)材料層的基片上，采用紫外曝光-刻蝕的平面微納圖形化工藝得到圖形化的納米導(dǎo)電層及圖形化前驅(qū)材料層；

S30、在S20步驟得到圖形化納米導(dǎo)電層及圖形化前驅(qū)材料層基礎(chǔ)上，利用電化學(xué)陽極氧化前驅(qū)材料層，得到有序納米多孔單通絕緣模板，然后采用電化學(xué)或化學(xué)濕法腐蝕刻蝕有序納米多孔單通絕緣模板孔洞底部絕緣阻隔層，得到厚度為d_T的犧牲層，所述犧牲層為孔徑Φ_T且以納米導(dǎo)電層為底的有序納米多孔模板；

S40、在S30步驟制備的犧牲層基礎(chǔ)上，采用電化學(xué)方法以犧牲層為模板制備長度L、壁厚d_TM的過渡金屬納米管，形成有序過渡金屬納米管陣列，其中L≤d_T，d_TM0.5Φ_T；

S50、在S40步驟得到的所述過渡金屬納米管的內(nèi)壁制備過渡金屬氧化物納米管，形成有序納米雙層同軸管陣列，其中納米雙層同軸管的外層為壁厚d'_TM的過渡金屬納米管、內(nèi)層為壁厚d_TMOx的過渡金屬氧化物納米管，其中d'_TMd_TM，d_TMOx0.5Φ_T-d_TM；

S60、對S50步驟得到的有序納米雙層同軸管陣列進(jìn)行清洗，然后通過選擇性刻蝕去除犧牲層，清洗，干燥，得到片上集成微型超級電容器圖形化電極材料。