MEMS超级电容器膜电极材料的表面改性

为了改善MEMS超级电容器膜电极的致密性,通过在聚吡咯(PPy)中引入苯磺酸钠(BSNa)和氧化石墨烯(GO)表面改性功能薄膜,实现聚吡咯薄膜在MEMS超级电容器三维微结构上的均匀沉积.借助扫描电镜(SEM)、循环伏安测试(CV)、交流阻抗谱测试(EIS)、恒流充放电测试(CP)等手段对表面改性后的样品进行电化学性能测试.结果表明:当吡咯单体(Py)与BSNa摩尔比为1∶2,GO含量为0.4%时,在-0.4~1.0 V电压范围内,以100 m V/s速率扫描56圈,PPy薄膜的致密性最佳;表面改性可以在很大程度上减轻PPy颗粒的团聚,使得聚合后的PPy分子链排布紧密,形成了规整的网状立体结构;在放电电流为2 m A时,比容量可以达到13.3 m F/cm2,MEMS超级电容器的电化学性能得到改善.

微型超级电容器PPy/GO-RuO_2复合膜电极的制备与电化学性能

为了解决氧化钌(RuO2)沉积电位过高,难以在三维微结构金属集流体上直接沉积的问题,提出采用分步电沉积方法在微三维结构镍(Ni)集流体上制备RuO2复合膜电极,即先在三维微结构Ni集流体上沉积聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)薄膜作为基底,经热处理后,在基底上二次沉积出RuO2颗粒,最后再对RuO2复合薄膜进行二次热处理。扫描电子显微镜(SEM)观察显示,随着热处理温度的升高,薄膜表面多孔结构增多,达到了提高膜电极结构孔隙分布的目的。能量分散谱(EDS)和X射线光电子能谱分析(XPS)表明,薄膜中无定形RuO2·x H2O的存在保证了膜电极的大比容量。电化学性能测试结果表明,经105℃处理后的膜电极电化学性能最佳,比电容为28.5 m F/cm2,能量密度为0.04 Wh/m2,功率密度为14.25 W/m2。采用分步电沉积方法制备出的RuO2复合薄膜是一种良好的MEMS超级电容器电极材料。

硅基微结构上的聚吡咯功能薄膜均匀性研究

针对聚吡咯(PPy)功能薄膜在三维微结构上很难均匀电沉积,易出现MEMS超级电容器阴阳极黏连、接触等失效现象,通过控制吡咯(Py)单体与苯磺酸钠(BSNa)溶液的配比与循环伏安扫描速度,探索PPy功能薄膜在三维微结构上的均匀沉积方法。研究表明:当Py与BSNa摩尔比为1∶2,氧化石墨烯(GO)质量分数为0.4%时,以20 mV/s的扫描速度扫描56圈,制备出均匀致密的PPy功能薄膜。SEM测试表明:PPy功能薄膜具有良好的均匀性;恒流充放电测试表明:MEMS超级电容器具有良好的快速充放电特点。因此,本研究使三维硅基微结构上的功能薄膜均匀性得到明显改善,缓解了器件的阴阳极接触失效问题。