【摘 要】
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随着电子产品和微型器件的快速发展,人们对于高度集成、具有优异电化学性能的微型储能器件的需求不断增长,具有优异储能性能的平面微型器件受到了极大关注。与微型超级电容器相比,微型电池的能量密度高,在微型电子产品与医疗设备等领域具有巨大的应用潜力。然而,就传统电池而言,复杂的微制造工艺和封装技术阻碍了其在微型储能领域中的应用。因此,开发一种对环境友好、成本低的微型电池,实现其平面微型化尤为重要。水系可充电
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随着电子产品和微型器件的快速发展,人们对于高度集成、具有优异电化学性能的微型储能器件的需求不断增长,具有优异储能性能的平面微型器件受到了极大关注。与微型超级电容器相比,微型电池的能量密度高,在微型电子产品与医疗设备等领域具有巨大的应用潜力。然而,就传统电池而言,复杂的微制造工艺和封装技术阻碍了其在微型储能领域中的应用。因此,开发一种对环境友好、成本低的微型电池,实现其平面微型化尤为重要。水系可充电的微型镍铋电池以其宽的工作电位,高容量和环境友好性等特点,成为微型电池研究的焦点。但是,微型镍铋电池循环过程中材料结构崩塌,会导致其较低的循环性能。如何提高微型镍铋电池的循环稳定性,构筑具有优异储能性能的微型镍铋电池是镍铋电池微型化的关键。基于此问题,本文旨在使用简单易控的光刻、蒸镀、电沉积工艺来制作容量高、循环性能稳定、倍率性能良好的微型电池。通过微加工工艺与材料合成方法相结合,构筑了具有长循环寿命的微型镍铋电池。随后对其进行表征与电化学测试,进一步分析材料电沉积合成原理,探讨器件储能电化学过程。主要研究结果为:(1)采用光刻-显影技术、物理气相沉积工艺和电化学沉积技术制作了平面微型镍铋电池,所采用的平面叉指式电极结构实现了正负极之间的物理隔离和短的离子扩散路径,提升了活性物质的利用率,实现了铋单质与镍钴双金属氢氧化物在微电极中的应用。(2)电化学沉积合成了铋单质和镍钴双金属氢氧化物,研究了叉指微电极的可控制作,并对材料的形貌、物相和电化学性能等进行了系统研究,探索了不同添加剂对于铋基材料形貌以及储能性能的影响。研究了热处理对铋单质形貌以及循环性能的影响,结果表明,对铋单质进行热处理可以提高其在充放电过程中的循环性能。不同添加物对材料的微观形貌特征造成一定的影响,其形貌呈絮状的材料,存储容量更高。(3)构筑的微型镍铋电池显示出优异的储能性能,电流密度为1 mA cm-2时,面积容量为55.40 mC cm-2,能量密度为12.3μWh cm-2,功率密度为0.799mW cm-2,具有稳定的循环性能,1000次循环后的容量保持率为84.44%。
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