【摘 要】
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随着科学技术水平的提高,人们对混合动力汽车、便捷可穿戴式电子设备等产品的需求量也越来越大,所以具有优良电化学性能以及小规模质量/体积的微型储能器件成为国内外科学家们的重点研究对象。微型超级电容器(Micro-supercapacitor,MSC)是高效便捷的能量存储设备之一,具有优异的化学性能以及稳定性,在微电子集成系统以及可植入型医疗传感器等领域具有很大的应用潜力。然而,MSC在实际应用中面临的
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随着科学技术水平的提高,人们对混合动力汽车、便捷可穿戴式电子设备等产品的需求量也越来越大,所以具有优良电化学性能以及小规模质量/体积的微型储能器件成为国内外科学家们的重点研究对象。微型超级电容器(Micro-supercapacitor,MSC)是高效便捷的能量存储设备之一,具有优异的化学性能以及稳定性,在微电子集成系统以及可植入型医疗传感器等领域具有很大的应用潜力。然而,MSC在实际应用中面临的能量密度比较低的问题是当下亟待解决的难题。在非对称微型超级电容器(Asymmetric Micro-supercapacitor,A-MSC)中,将两种不同的电极材料集成在同一器件中,不仅可以扩大A-MSC的工作电压窗口,还能够解决在对称超级电容器中存在的能量存储限制的问题。此外,性能优异的电极材料是MSC获得高性能的关键因素之一,因此,我们可以通过优化电极材料而进一步提高电容器的性能。针对以上问题,本文将恒电流电化学沉积方法与微加工工艺相结合,制备了锰钴过渡金属氢氧化物(Mn-Co-H)纳米片、Fe3O4纳米颗粒以及Mn-Co-H//Fe3O4 A-MSC,研究结果为:(1)本文通过在预先制备的Cr/Au集流体上使用恒电流电化学沉积的方法分别合成了Co(OH)2纳米片、Fe3O4纳米颗粒以及Mn-Co-H纳米片,通过扫描图像观察到这三种电极材料均匀的分布在集流体表面。(2)测试三种电极材料以及A-MSC的电化学性能,其中,Fe3O4电极的面积比容量为150 mC cm-2,Co(OH)2电极的面积比容量为32 mC cm-2,Mn-Co-H电极的面积比容量为78 mC cm-2,与纯Co(OH)2电极相比,加入锰元素后的Mn-Co-H电极的比容量增加了1.4倍之多,在1000 mV s-1的扫速下,循环充放电2000次,容量保持率可达98%,体现了Mn-Co-H电极优异的电化学性能以及循环稳定性。(3)本文制作的A-MSC工作电压窗口为1.7 V,面积比电容为35 mC cm-2,能量密度可以达到7.78μWh cm-2。在1000 mV s-1的扫速下,经过2000次循环充放电之后,容量保持率达79%以上,具有较好的稳定性。同时,讨论分析出A-MSC突出的电化学性能主要归因于Mn-Co-H和Fe3O4之间的协同作用。
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