[发明专利]一种高性能微型超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化钌修饰硫化钴纳米片异质结构的高性能微型超级电容器。

背景技术

由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重(尤其是在大、中城市)，人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国(特别是西方发达国家)都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。

超级电容器根据储能机理的不同，可分为双电层电容和赝电容。双电层电容的产生主要基于电极/电解液界面上载流子分离所产生的双电层电容，如碳电极电容器；赝电容器电容的产生是基于电活性离子在贵金属电极表面发生欠电位沉积，或在贵金属氧化物电极表面发生氧化还原反应而产生的吸附电容。

现有研究中，无论是双电层电容还是赝电容，提高电容器容量的有效方法都是提高电极材料的比表面积。双电层电容器通常采用高比表面积的活性碳；赝电容器通常采用纳米粒度的金属氧化物。但是，电极材料内只有能够与电解质接触的微孔表面才能产生电容，现有的双电层电容器和赝电容器的不足在于，多孔电极表面积的主要部分是微孔，由于电解质溶液表面张力的作用，使电解质溶液很难进入到多孔电极的微孔内，导致电极材料表面积利用率低，甚至产生有的碳电极材料比表面积很大，但制成电容器后电容却不大的现象。因此，研究氧化钌修饰硫化钴纳米片异质结构的高性能储能器件具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种氧化钌修饰硫化钴纳米片异质结构的高性能微型超级电容器，拥有良好的赝电容特性，可以储存更多电荷，提高器件的容量，实现了超级电容器能量密度的进一步提高。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：高性能微型超级电容器，包括有基底，其上沉积有集流体金属形成叉指电极，其特征在于所述的叉指电极负载有氧化钌修饰纳米片状硫化钴的电极材料。

按上述方案，所述的负载有氧化钌修饰纳米片状硫化钴是通过电聚合沉积得到氢氧化钴纳米片，再将其置入硫化钠水溶液中硫化，最后再次通过电聚合沉积氧化钌即得。

按上述方案，所述的电聚合沉积的沉积时间范围为300至500s。

按上述方案，所述的硫化时间范围为0.5至4小时，硫化温度75℃。

按上述方案，所述的基底可为下述材料中的一种：PET、硅基片、玻璃基片和PEN。

按上述方案，所述的叉指电极的宽度范围为100至200微米。

所述的高性能微型超级电容器的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：

1)清洁基底；

2)在步骤1)的基础上，通过匀胶机在基底上涂布光刻胶，烘烤；

3)在步骤2)的基础上，通过光刻蚀技术在匀过胶的基底上制备出电极沟槽；

4)在步骤3)的基础上，通过物理气相沉积(PVD)制备出所有的叉指电极；

5)在步骤4)的基础上，将带有叉指电极的基底于去胶液中浸泡，去除光刻胶；

6)在步骤5)的基础上，利用电化学测试系统对步骤4)所得器件采用恒压电聚合沉积法沉积氢氧化钴；

7)在步骤6)的基础上，将器件置入硫化钠水溶液中硫化；

8)在步骤7)的基础上，利用电化学测试系统对器件采用循环伏安法电沉积氧化钌。

本发明的有益效果是：对于改善电容器能量密度低的问题，采用纳米片状的硫化钴增加电极材料与电解液的接触，提高二者之间电荷转移的效率，表面修饰的氧化钌，拥有良好的赝电容特性，可以储存更多电荷，提高器件的容量，二者相互组合的异质结构实现了超级电容器能量密度的进一步提高。

附图说明

图1是实施例1构筑高性能微型超级电容器的流程图；

图2是实施例1高性能微型超级电容器的SEM图；

图3是实施例1高性能微型超级电容器的循环伏安图。

具体实施方案

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

如图1所示，氧化钌修饰硫化钴纳米片异质结构的高性能微型超级电容器的制备方法，包括如下步骤：