[发明专利]一种高效无疲劳固态储能薄膜电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高效无疲劳固态储能薄膜电容器及其制备方法，该电容器结构包括衬底基片，下电极，四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧薄膜，上电极，所述的下电极沉积于衬底基片表面，所述的四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧薄膜涂覆在下电极表面，上电极沉积于四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧薄膜表面上。与现有技术相比，本发明具有结构和制备工艺简单，以固态薄膜作为储能电介质相较于电解液使用更加安全可靠，兼具高储能密度与高效率，可释放储能密度达到45J/cm³，且效率为87％。此外，具有耐高温及充放电循环无疲劳等优点。

技术领域

本发明属于电容器制备技术领域，涉及一种高效无疲劳固态储能薄膜电容器及其制备方法。

背景技术

随着电子与信息化技术的发展，愈来愈多的智能电子与通讯设备逐渐进入了人类的生活中，在人类享受着科技带来的便利的同时，环境的过度破坏和能源的过度消耗却成为当今主流的问题。因此，发展一种可以将其他能源存储起来的电储能器件对未来能源的可持续发展有着重要的意义。

电介质电容器以超快的充放电速率(高功率密度)，良好的稳定性，小型化，易集成以及较低廉的成本等多种优势，作为电储能器件应用于各个行业之中，在集成电路，微波通信，高功率器件，混合动力汽车，可再生能源以及混合动力系统等领域都扮演着重要的角色。目前，电子电路越来越集成化、微型化，这也对电容器提出了更高的要求，使其向小型化、高储能、高效率、长寿命、多功能化方向发展。然而，介电电容器较低的能量密度严重限制了其进一步开发及应用。因此提高电介质电容器的储能密度，储能效率，以及循环稳定性是国内外介质电容器储能领需要迫切解决的问题。

发明内容

本发明的内容就是为了解决上述介质电容器能量存储密度较低限制介质储能电容器进一步开发应用，提供一种高储能密度，高储能效率及无疲劳的介质储能薄膜电容器。可释放储能密度达到45J/cm³，且效率为87％。此外，在140℃高温下稳定及1×10⁸次充放电循环后无疲劳等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高效无疲劳固态储能薄膜电容器，该电容器组成结构为类三明治结构，包括衬底基片、下电极、四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧薄膜、上电极，所述的四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧薄膜位于上下电极之间，下电极沉积于衬底基片表面。

进一步地，所述的下电极和上电极的材料包括Pt薄膜，Ag薄膜，Au薄膜，Ti薄膜或LaNiO₃薄膜。

进一步地，所述的下电极的厚度为100～300nm，所述的上电极的厚度为50～120nm。

进一步地，所述的四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧薄膜的厚度为200～400nm。

进一步地，所述的LaNiO₃(镍酸镧)薄膜的厚度为200～300nm；

一种高效无疲劳固态储能薄膜电容器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1，将钛的醇盐加入乙酰丙酮，恒温搅拌10～30min，将钡盐加入到酸性溶剂中，50～60 ℃恒温搅拌10～30min，然后将铋盐加入继续搅拌10～30min，待完全溶解，溶液逐渐冷却至室温后与钛的醇盐乙酰丙酮溶液混合，加入乙醇胺继续搅拌3～6h，过滤制得四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧前驱体；

S2，采用化学溶液法，磁控溅射法或热蒸发镀膜法在衬底基片上制备一定厚度导电薄膜，作为下电极；

S3，在步骤S2制得的底电极表面涂覆步骤S1制得的四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧前驱体，经过热解处理，重复涂覆过程6-10次以获得合适的薄膜厚度，然后进行高温退火处理制得四层Aurivillius类钙钛矿结构的钡铋钛氧薄膜。