[发明专利]一种非对称超级电容器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统（Micro Electro Mechanical System MEMS）技术领域，属于微型超级电容器的制造技术范围，具体为一种非对称超级电容器制备方法。

背景技术

MEMS(Micro Electromechanical System，即微机电系统) 是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它具有成本低、体积小、自控性强、可靠性高等优点，是近年来最重要的技术创新之一。

超级电容器是一种新型的储能装置，以其独特的大容量、大电流、快速充放电和高的循环使用寿命等特点，受到世人的青睐，致使许多新型超级电容器相继被研发和应用。MEMS超级电容器具备传统超级电容器优势的同时也表现出可实现器件的微型化、智能化和集成化，大大提高了器件储能密度；简化超级电容器结构设计，更好地匹配设计器件芯片控制电路工作条件，减小器件体积，降低设计成本；提高器件设计系统的可靠性和稳定性。因此MEMS超级电容器受到国内外研究者的高度关注。但MEMS超级电容器的能量密度低，因此如何提高微型超级电容器的能量密度成为超电容研究的一个主要方向。

超级电容器根据储能机理的不同，可分为双电层电容器和法拉第准电容器。双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通常采用具有高比表面积的多孔碳材料，具有较高的比电容；法拉第准电容器是指在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电极活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，从而产生比双电层电容器更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化物和导电聚合物。但无论基于某个单一原理的超级电容器均无法同时满足能量密度与功率密度的要求，为了同时获得较高的能量密度和功率密度，人们开始设计新型的非对称型电化学超级电容器，即电容器的一极是双电层电极,另一极为法拉第准电容电极。非对称型电化学超级电容器综合了两类电化学电容器的优点，能有效地突破一般超级电容器无法同时满足能量密度与功率密度的局限性，可更好地满足实际应用中负载对电源系统的能量密度和功率密度的整体要求。在移动通讯、信息技术、航空航天和国防科技等领域得到不断应用。但是现有的非对称型电化学超级电容器的电容量还是小，不能完全满足实际应用。

发明内容

本发明为了解决现有的非对称型电化学超级电容器的电容量小的问题，提供了一种非对称超级电容器制备方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种非对称超级电容器制备方法，包括以下步骤：

S1：选取两片硅片作为基底，清洗硅片基底并烘干；

S2：将清洗烘干后的硅片基底进行氧化，在硅片基底表面形成二氧化硅氧化膜作为电极的绝缘层；

S3：在形成绝缘层的其中一片硅片基底的表面通过沉积形成一层金属钛层；

S4：将S3中形成的钛层放入阳极氧化装置中进行氧化，形成TiO₂纳米管；

S5：在形成的TiO₂纳米管内沉积NiO，形成TiO₂纳米管电极；

S6：在S2中得到的表面形成绝缘层的另一硅片上均匀旋涂光刻胶；

S7：将旋涂好的光刻胶进行前烘、曝光、后烘、显影处理，形成六面体柱状阵列；

S8：将六面体柱状阵列放入炭化炉中进行炭化，得到炭化电极；

S9：将活性物质电极与炭化电极通过PP膜隔开，并注入KOH电解质组装成非对称超级电容器。

上述的一种非对称超级电容器制备方法，包括以下步骤：硅片基底氧化为干氧氧化或湿氧氧化，形成的绝缘层厚度为1.5微米。可防止硅基底与电极相接触，形成短路。

上述的一种非对称超级电容器制备方法，钛层厚度为400nm。由于厚度适中，可避免钛层被氧化穿透。

上述的一种非对称超级电容器制备方法，阳极氧化电解液为0.05wt%的HF水溶液，氧化过程中阳极为钛电极，阴极为铂电极，形成的TiO₂纳米管的厚度为150nm。在此条件下，形成的TiO₂纳米管排列规则有序，密度高，可控性强。

上述的一种非对称超级电容器制备方法，所述沉积为恒电流电沉积，时间为20分钟。可在TiO2纳米管载体上生成均匀厚度的金属镍沉积层。

沉积上述的一种非对称超级电容器制备方法，所述光刻胶为负胶SU-8，旋涂厚度为200微米。厚度较厚，在炭化后形成的孔洞表面积更大，形成电极后相应的比电容会增加。