【摘要】：微型電化學電容器是一種可集成于芯片上的電化學儲能器件，，是為電子器件供能的微能源系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，目前處于快速發(fā)展階段。它對電極材料的要求是在有限體積和面積內(nèi)提供高電容量，可快速充放電，并且循環(huán)壽命長。氧化物是一類贗電容材料，比電容大，但通常不導電，倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性差。本文通過研究氧化鉬薄膜的制備和電化學性能，探索了通過成分、結(jié)構(gòu)和形態(tài)來調(diào)控電化學性能的途徑，考察了其在微型電化學電容器中應用的可能性。 采用磁控濺射技術(shù)對MoO3進行還原濺射的方法制備了導電的MoO2+x薄膜，這種薄膜具有晶態(tài)MoO2和非晶態(tài)MoOx（2x≤3）共存的微觀結(jié)構(gòu)，在Li2SO4電解液中表現(xiàn)出贗電容性質(zhì)。通過對其獨特的循環(huán)伏安曲線特征的研究，提出了該薄膜的電化學機制，認為贗電容主要來自H+和Li+在非晶態(tài)MoOx中的可逆嵌入脫出，而且H+具有更大的活性；同時，MoO2晶�？纱呋浔砻娴慕Y(jié)合水分解產(chǎn)生H原子可逆地儲存于非晶態(tài)MoOx中，促進贗電容過程的進行。除此之外，MoO2晶粒的形成還起到構(gòu)成導電通路和維持薄膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用。測試表明，這種氧化鉬薄膜的電化學性能優(yōu)于相似厚度的雙電層電容型微電極。以MoO2+x薄膜作為負極、電沉積MnO2薄膜作為正極組裝了非對稱贗電容型微電容器MoO2+x||Li2SO4||MnO2，獲得了良好的性能，表明了這種氧化鉬薄膜是一種性能優(yōu)異的負極材料，有望在微型電化學電容器中實現(xiàn)可靠應用。 對電化學沉積的水合非晶態(tài)氧化鉬薄膜進行還原氣氛退火處理，研究了溫度和退火時間對電化學性質(zhì)的影響，選定了最優(yōu)實驗條件，制備了含有MoO2納米晶和非晶態(tài)MoOx的薄膜，獲得了良好的倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性以及較高的比電容。由于電化學沉積靈活簡便，可在不同形貌的集流體上進行，因此該方法可用于開發(fā)新型結(jié)構(gòu)的微電極。采用電子束蒸發(fā)傾斜生長技術(shù)沉積了Ti納米棒陣列作為三維集流體，繼而用電沉積法包覆氧化鉬贗電容活性層，實現(xiàn)了三維結(jié)構(gòu)微電極的制備，獲得了較高的面積比電容和優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。再通過還原氣氛退火處理，進一步提高了倍率性能，獲得了較快的響應速度。由此，大表面積電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計進一步改善了氧化鉬電極的性能，為其在微電容器中的應用奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:Micro electrochemical capacitor is a kind of electrochemical energy storage device which can be integrated on chip. It is an important part of the micro-energy system which can supply energy for electronic devices. It is currently in the rapid development stage. The electrode material is required to provide high capacity in a limited volume and area, rapid charge and discharge, and long cycle life. Oxide is a kind of pseudo-capacitive material with large specific capacitance, but it is usually not conductive, and its rate performance and cycle stability are poor. In this paper, the preparation and electrochemical properties of molybdenum oxide thin films were studied, and the ways to control the electrochemical properties by composition, structure and morphology were explored. The possibility of its application in micro electrochemical capacitors was investigated. Conductive MoO2 x thin films were prepared by reduction sputtering of MoO3 by magnetron sputtering technique. The films have the microstructure of crystal MoO2 and amorphous MoOx (2x 鈮

本文編號：2328134