【48812】【科技自立自强】西安交大杜显锋教授团队《ESM》：超高容量密度碳纳米管基MIM电容器的构筑发布时间：2024-07-04 |   作者: 爱游戏网页版注册

　　跟着动力体系的更新和晋级，太阳能、海洋、风能、地热能等可再次出产的动力得到了广泛使用。但是，因为新动力出产的间歇性、不稳定性和波动性，储能技能变得特别的重要。在储能体系中，电化学超级电容器和电池具有高单位体积内的包括的能量，但其充放电速率因离子传质而显着减慢，因而功率密度较低。介质电容器以其高功率密度著称，但其单位体积内的包括的能量遭到外表电荷存储的约束。这种情况下，可使用MIM介质电容器模型，并将其电极资料纳米化来供给超高电极面积，进一步增大容量密度和单位体积内的包括的能量，然后取得统筹高功率密度和高单位体积内的包括的能量的储能器材。现在，常用的电极纳米资料有ZnO纳米棒、AAO纳米孔、Si纳米线和CNTs纳米管。其间具有共同空心管结构、大高宽比和短笔直电子传递途径的CNTs阵列已在该范畴展现出了很大的使用潜力。但是，现阶段MIM电容器的全体功用依然遭到电极比外表积和电极纳米模板与衬底的结合强度的约束。

　　针对这一问题，西安交大化学学院杜显锋教授团队经过在Al衬底上激光刻蚀取得了空间多层笔直的VCNTs电极阵列，并以ALD技能堆积的SnO2/Al2O3/SnO2多层结构为介质电容器结构，层层构筑了MIM电容器。其间，激光蚀刻不只助力空间多层VCNTs的制备，使其供给超高的电极面积，并且还在Al衬底上引入了Al2O3缓冲层，诱导了VCNTs的原位成长，确保了与Al衬底间的高结合强度。一起，笔直成长的VCNTs有利于介电层和阴极层在ALD堆积时的均匀全掩盖，避免了MIM电容器的微短路危险。该工作中制备的MIM电容器具有较高的面容量密度(0.47~1.92 mF/cm2)，可到达较高的能量密度(26 Wh/cm2)和功率密度(104 W/cm2)，且在1V电压下具有较低的漏电特性(5.7×10-7A /cm2)。此外，由ALD技能制备的膜层结构具有优秀的细密性和均匀性，有效地阻挠了环境中水分的腐蚀，使得MIM电容器体现出了优异的功用稳定性。

　　图1. (a,b)电容器测验结构示意图；(c-f)电容器C-V特性；(g)电容器阻抗谱；(h)平面电容密度散布。

　　图2. (a)电容器的漏电流密度与电压联系图；(b)电容器的充放电曲线；(c)电容器不同电压电源下的充电进程；

　　(d,e)电容器的充电原理图;(f)功用资料与水的潮湿性;(g,h)为电容器在大气和水环境中的C-V特性稳定性。