全固态对称三维螺旋微型超级电容器及其制备方法_2

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PVA的10%的KOH固体电解质中测试,圆形单螺旋器件,测试电压区间为0-0.8V,图3(a),3(b),3(c)为在不同扫描速度下的循环伏安曲线,图3(d)为体积比容量和面积比容量随扫描速度的变化曲线,图3(f)为体积能量密度和体积功率密度随扫描速度的变化曲线。由图3 (d)和3 (f)可知,在0.0lV/s时,体积比容量约为390F/W,在200V/s时,体积功率密度约为190W/cm3。如图3(e)所示,通过构筑SU-8导电阵列柱子,在50V/s时,能量密度提高了 20%以上,且器件循环50000圈后仍有98%的容量保持率。
[0046]在器件的集成化和串并联耦合方式上,对于单个方形螺旋集流体,如图4(a)和4(d)所示,测试电压区间为0-0.8V,循环伏安测试曲线如图4(g)所示;圆形双螺旋集流体串联时,如图4(b)和4(e)所示,测试区间为0-1.6V,循环伏安测试曲线如图4(h)所示;当圆形双螺旋集流体并联时,如图4(c)以及4(f)所示,测试区间为0-0.8V,循环伏安测试曲线如图4(i)。比较循环伏安曲线图4(g),4(h),4(i)可知,相对于方形单螺旋集流体,圆形双螺旋集流体并联电流得到了提高,圆形双螺旋集流体串联的电压得到了提高。
[0047]实施例2:
[0048]全固态对称三维螺旋微型超级电容器的制备方法,它包括如下步骤:
[0049]I)在带有氧化层的硅片基底上用匀胶机涂布光刻胶SU8 2002,转速为lOOOrpm,旋涂时间为40s,随后用电热板65°C烤胶5min,95°C烤胶5min,重复以上步骤4次;
[0050]2)利用电子束刻蚀制备三维阵列柱子,柱子的直径为2um,柱子沿切向方向圆心间距为10um,沿轴向方向间距为5um,刻蚀电压为30kv,电流为15pA,曝光剂量为3 μ C/cm2;
[0051]3)显影:将电子束曝光后的基片在显影液SU8_developer中浸泡lmin,然后在异丙醇中浸泡30s,氮气吹干;
[0052]4)在有三维阵列柱子的衬底上用匀胶机涂布抗蚀剂MMA,转速为4000rpm,旋涂时间为40s,随后用电热板180°C烤胶5min,再涂布抗蚀剂PMMA,转速为4000rpm,时间为40s,随后用电热板180°C烤胶5min ;
[0053]5)利用电子束二次对准技术在光刻胶三维阵列柱周边刻蚀出螺旋集流体槽,保证集流体的电极宽度为30um,相邻电极间距为15um,刻蚀电压为30kv,电流为2000pA,曝光剂量为 280 μ C/cm2;
[0054]6) Plasma清洗:使用O2的Plasma清洗娃片,功率为50W,清洗5min,O 2流量30_60mL/min ;
[0055]7)金属热蒸发(PVD):利用物理气相沉积技术制备出电容器的螺旋集流体的两电极,Cr/Au (5nm/50nm);
[0056]8)金属剥离:将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h,使MMA/PMMA全部剥离,然后用丙酮和异丙醇冲洗基片,氮气吹干;
[0057]9)用银浆把电容器的两集流体联接起来;
[0058]10)用三电极法恒电压电沉积在集流体上制备活性材料Co (OH)2,甘汞电极作参比电极,铂电极作对电极,集流体作工作电极,电解液为0.025M Co (NO3) 2-6H20,电沉积参数为恒压_1.2V沉积10s ;
[0059]11)配置固体电解质溶液,将4g KOH溶解在40ml 二次去离子水中,然后加入4g高分子量聚乙烯醇(PVA),于80-90°C中水浴加热,直到PVA完全溶解;
[0060]12)将银浆划开,滴上固体电解质,然后进行性能测试。
[0061]以Co (OH)2为活性材料,用含有10%高分子量(17?22万)的PVA的KOH固体电解质测试时,圆形单螺旋集流体的循环伏安法测试区间为0-0.8V,在0.0lV/s时,容量较含中分子量PVA电解质的圆形单螺旋集流体有约5%的提高。
[0062]实施例3:
[0063]全固态对称三维螺旋微型超级电容器的制备方法,它包括如下步骤:
[0064]I)在带有氧化层的硅片基底上用匀胶机涂布光刻胶SU8 2000.5,转速为100rpm,旋涂时间为40s,随后用电热板65 °C烤胶5min,95 °C烤胶5min,重复以上步骤4次;
[0065]2)利用电子束刻蚀制备三维阵列柱子,柱子的直径为2um,柱子沿切向方向圆心间距为10um,沿轴向方向间距为5um,刻蚀电压为30kv,电流为15pA,曝光剂量为3 μ C/cm2;
[0066]3)显影:将电子束曝光后的基片在显影液SU8_developer中浸泡lmin,然后在异丙醇中浸泡30s,氮气吹干;
[0067]4)在有三维阵列柱子的衬底上用匀胶机涂布抗蚀剂MMA,转速为4000rpm,旋涂时间为40s,随后用电热板180°C烤胶5min,再涂布抗蚀剂PMMA,转速为4000rpm,时间为40s,随后用电热板180°C烤胶5min ;
[0068]5)利用电子束二次对准技术在光刻胶三维阵列柱周边刻蚀出螺旋集流体槽,保证集流体的电极宽度为30um,相邻电极间距为20um,刻蚀电压为30kv,电流为2000pA,曝光剂量为 280 μ C/cm2;
[0069]6) Plasma清洗:使用O2的Plasma清洗娃片,功率为50W,清洗5min,02流量30_60mL/min ;
[0070]7)金属热蒸发(PVD):利用物理气相沉积技术制备出电容器的螺旋集流体的两电极,,Cr/Au (5nm/50nm);
[0071]8)金属剥离:将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h,使MMA/PMMA全部剥离,然后用丙酮和异丙醇冲洗基片,氮气吹干;
[0072]9)用银浆把电容器的两集流体联接起来;
[0073]10)用三电极法恒电压电沉积在集流体上制备活性材料Co (OH)2,甘汞电极作参比电极,铂电极作对电极,集流体作工作电极,电解液为0.025M Co (NO3) 2-6H20,电沉积参数为恒压_1.2V沉积10s ;
[0074]11)配置固体电解质溶液,将4g KOH溶解在40ml 二次去离子水中,然后加入4g高分子量聚乙烯醇(PVA),于80-90°C中水浴加热,直到PVA完全溶解;
[0075]12)将银浆划开,滴上固体电解质,然后进行性能测试。
[0076]以Co(OH)2为活性材料,集流体电极宽度与间距的比例为30/30,柱子材料为光刻胶SU82000.5,用含有10%高分子量的PVA的KOH固体电解质测试时,圆形单螺旋集流体的循环伏安法测试区间为0-0.8V,在扫描速度为0.01V/s时,体积能量密度约为350F/cm3.
[0077]实施例4:
[0078]全固态对称三维螺旋微型超级电容器的制备方法,它包括如下步骤:
[0079]I)在带有氧化层的硅片基底上用匀胶机涂布光刻胶SU8 2002,转速为lOOOrpm,旋涂时间为40s,随后用电热板65°C烤胶5min,95°C烤胶5min,重复以上步骤4次;
[0080]2)利用电子束刻蚀制备三维阵列柱子,柱子的直径为2um,柱子沿切向方向圆心间距为10um,沿轴向方向间距为5um,刻蚀电压为30kv,电流为15pA,曝光剂量为3 μ C/cm2;
[0081]3)显影:将电子束曝光后的基片在显影液SU8_developer中浸泡lmin,然后在异丙醇中浸泡30s,氮气吹干;
[0082]4)在有三维阵列柱子的衬底上用匀胶机涂布抗蚀剂MMA,转速为4000rpm,旋涂时间为40s,随后用电热板180°C烤胶5min,再涂布抗蚀剂PMMA,转速为4000rpm,时间为40s,随后用电热板180°C烤胶5min ;
[0083]5)利用电子束二次对准技术在光刻胶三维阵列柱周边刻蚀出螺旋集流体槽,保
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