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专利号: 2018102551100
申请人: 天津理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极的钠离子超级电容器的制备方法,其特征在于包括如下几个步骤:步骤1、采用电子辅助热丝化学气相沉积(EA-CVD)法在钽片或钛片上沉积掺硼金刚石膜;

步骤2、改变实验参数,在掺硼金刚石膜上直接制备掺硼石墨烯,形成掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合薄膜;

步骤3、将步骤2制备的掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合薄膜作为电极,在含有钠离子的电解液中组装为钠离子超级电容器;

步骤4、利用电化学工作站对钠离子超级电容器进行电化学性能测试。

2.根据权利要求1所述的基于掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极的钠离子超级电容器的制备方法,其特征在于步骤1中,沉积过程中控制偏压电流为10~15A,偏压电压为200~

300V,碳源流量为6~10sccm,氢气流量为300~400sccm,硼源流量为10~40sccm,反应室压强为35~40Torr,基底表面温度900℃~1100℃,生长时间为6h,要求掺硼金刚石膜的厚度达到4~5μm,晶粒尺寸达到3~4μm,载流子浓度达到1020cm-3~1021cm-3;在扫速为1V/s下,经过循环伏安法测试872圈后,比电容仍然保持在最初状态的93.6%以上。

3.根据权利要求1所述的基于掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极的钠离子超级电容器的制备方法,其特征在于步骤1所述碳源为甲烷。

4.根据权利要求1所述的基于掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极的钠离子超级电容器的制备方法,其特征在于步骤1所述硼源为硼酸三甲酯,用乙醇溶解后由氢气代入。

5.根据权利要求1所述的基于掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极的钠离子超级电容器的制备方法,其特征在于步骤2中,掺硼金刚石膜沉积结束后,关闭偏压电流、碳源、氢气和硼源,打开机械泵将腔室压强抽至10Pa,稳定10min后,改变碳源流量为30~40sccm,氢气流量为20~40sccm,硼源流量为10~50sccm,调节腔压为3~5Torr,控制偏压电流为4~6A,偏压电压为20~30V,维持稳定1-5分钟,在掺硼金刚石膜上直接制备掺硼石墨烯,形成掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合薄膜,掺硼石墨烯层的厚度达到1~6μm。

6.根据权利要求1所述的基于掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极的钠离子超级电容器的制备方法,其特征在于步骤3所述钠离子超级电容器,由正极、负极、电解液以及位于正负极之间的隔膜组成,所述正极和负极为掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极,电解液为含有钠离子的饱和氯化钠溶液,隔膜为无纺布隔膜;电容器的极板间距控制在0.5~1cm,极板面积最大达到1cm2,掺硼石墨烯的质量控制在0.4mg/cm2~1.2mg/cm2。

7.根据权利要求6所述的基于掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极的钠离子超级电容器的制备方法,其特征在于步骤3所述无纺布隔膜为水性超级电容器隔膜NKK-MPF30AC-100。

8.根据权利要求1所述的基于掺硼石墨烯/掺硼金刚石复合电极的钠离子超级电容器的制备方法,其特征在于步骤4所述电化学性能测试包括采用循环伏安法测试速率稳定性,采用计时电位法测试不同电流密度的充放电曲线,采用交流阻抗法测试界面电荷转移电阻。