CN108133838B - 一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法 - Google Patents
一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108133838B CN108133838B CN201711401685.0A CN201711401685A CN108133838B CN 108133838 B CN108133838 B CN 108133838B CN 201711401685 A CN201711401685 A CN 201711401685A CN 108133838 B CN108133838 B CN 108133838B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- femtosecond laser
- capacitance electrode
- fake capacitance
- composite anode
- anode oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 27
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 21
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 6
- 230000000946 synaptic effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- BVPWJMCABCPUQY-UHFFFAOYSA-N 4-amino-5-chloro-2-methoxy-N-[1-(phenylmethyl)-4-piperidinyl]benzamide Chemical compound COC1=CC(N)=C(Cl)C=C1C(=O)NC1CCN(CC=2C=CC=CC=2)CC1 BVPWJMCABCPUQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 2
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005542 laser surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002057 nanoflower Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及一种通过飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,属于法拉第赝电容电极的加工制备领域。包括以下步骤:(1)分别用去离子水、无水乙醇分别清洗泡沫铜材料;(2)将清洗过的纯净样品进行飞秒激光表面加工处理;(3)将飞秒激光表面处理过的样品,再次进行清洗,以便去除因激光加工而带来的表面碎屑;(4)对上述样品进行电化学阳极氧化,制备出微纳复合结构的花状赝电容电极。相比现有技术,本方法提供的制备赝电容电极的方法全程在空气环境中进行,无需真空装置,制备周期短,具有良好的面积比电容性能。
Description
技术领域
本发明属于法拉第赝电容电极的加工制备技术领域,具体涉及一种飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展和人口的不断增加,能源枯竭和环境污染问题日趋严重,因此开发环境友好型、高能效的能源存储装置以及能源转化逐渐吸引人们的注意。在众多的能源存储设备中,超级电容(电化学电池)是一种能量密度和功率密度高、循环寿命好、充放电迅速的高性能储能元件,在航空航天、能源、电动车辆等领域有着广泛的应用前景。
根据超级电容的形成机理可以分为两类:双电层电容和法拉第赝电容。双电层电容指在电极与电解液接触表面,电解液和电极表面由于外加电压聚集等量异种电荷,形成双电层;法拉第赝电容是指在电极表面或体相中的二维空间上,电极活性物质发生高度可逆的氧化还原反应实现电荷存储和释放的一种储能元件。超级电容电极由集流体和表面活性物质组成,因此材料的比表面积和电极的导电性极大的影响了电极性能。
碳基材料、过渡金属氧化物以及导电聚合物是三类常见的电极活性物质材料。碳基材料例如碳纳米线、纳米管、纳米花等结构常用于双电层电容,但此种材料的比电容较低;导电聚合物具有较高的比电容,但循环寿命较低,限制了商业中的应用。过渡金属氧化物具有较高的功率密度、比容量以及优异的化学可逆性等特点受到广泛的关注。其中氧化铜具有价格低廉、制备方便等优势,得到广泛的应用。
目前加工制备超级电容电极的方法主要有水热法、水浴法、静电纺丝、电化学沉淀、热氧化等方法。上述方法基本都需要真空干燥设备,高压釜等设备,此外水热法等需要对材料进行长时间浸泡,并且需要对后续样品进行压印,增加活性物质的牢固性和稳定性,静电纺丝则是一种制备活性物质的方法,需要将制得粉末用粘合剂粘合在集流体上,并且需要对其进行压印。此类方法,使得电荷转移电阻增大,降低了反应速率。此外,活性物质的稳定性不好,不利于长时间的循环使用。因此,目前迫切需要一种在集流体上原位生长活性物质的加工方法。
发明内容
本方法目的在于解决现有加工制备法拉第赝电容方法存在的上述问题,提出一种飞秒激光复合电化学阳极氧化加工制备赝电容电极的方法,该方法能够在泡沫材料基底上原位生长出微纳结构,活性物质能够直接生长在集流体上,无需粘合剂,降低了氧化还原反应的电荷转移电阻。引进了飞秒激光对泡沫材料进行前期改性,增加了后续电化学氧化时的离子流动。此外,该过程无需高压釜等密封设备,制造简单,加工形貌可控。
为实现发明目的,通过以下技术方案实现:
一种基于飞秒激光复合电化学阳极氧化加工制备赝电容电极的方法,具体方法如下:
1.搭建飞秒激光加工光路;
2.对所用材料用飞秒激光对其表面进行直写改性,加工出表面微突触结构;
作为优选,在使用所述飞秒激光对所用材料进行加工前先对其表面进行清洗。
作为优选,所述清洗过程:首先用去离子水对材料进行5min超声震荡清洗,然后用无水乙醇对材料再次进行5min的超声震荡清洗,最后用电吹风将表面附着的无水乙醇吹干。
作为优选,通过控制所述飞秒激光的能量控制表面微突触结构形貌。
作为优选,所述飞秒激光的加工能量范围为3mW—15mW。
作为优选,所述飞秒激光的加工能量为10mW。
3.对飞秒激光直写加工出的材料表面进行清洗并干燥,以除去因加工带来的表面碎屑;
作为优选,所述清洗采用蒸馏水、无水乙醇依次清洗。
4.将经过步骤3所得材料放入双电极体系进行阳极氧化;
作为优选,所述双电极体系的阳极氧化的电解质溶液为3mol/L的KOH溶液,阴极和阳极分别为铂电极和泡沫铜。
作为优选,通过控制电化学阳极氧化的电流密度和氧化时间,可以加工出不同形貌的表面结构;通过对其进行电容电极性能测试,找到最优化的加工参数。
5.将上述加工的电极进行清洗以清除氧化过程中在材料表面产生的溶液结晶,然后将其置于100℃条件下保温预设时间以干燥。
作为优选,所述预设时间为20min。
有益效果:
对比现有技术,本发明具有以下特点:
1.加工过程在空气环境中即可进行,无需真空装置,成本较低;
2.通过飞秒激光表面处理,通过控制激光的能量,在泡沫材料表面会生成微凸起结构,有利于提高后续电化学氧化过程中离子游动,提高反应速率,有效提高了加工效率;
3.通过此方法,能够制备出比电容较高的赝电容电极。
附图说明
图1为本发明实施例制备赝电容电极的飞秒激光加工系统图。
图2为本发明实施例制备法拉第赝电容电极的工艺流程图;其中,(a)为清洗过的泡沫铜裸片;(b)为经过飞秒激光改性处理的泡沫铜基底;(c)为激光与电化学氧化以及干燥处理后的表面。
图3为泡沫铜裸片的宏观结构图和扫描电子显微镜图:其中(a)为泡沫铜裸片的光学显微镜图;(b)为对应的扫描电子显微镜图;(c)泡沫铜裸片对应的成分分析图。
图4为经过加工之后的泡沫铜表面结构的扫描电子显微镜图:其中(a)为能量为10mW时飞秒激光加工过的样品表面图;(b)为电化学阳极氧化后的样品表面结构图(氧化时间为:1200s,电流密度:45mA/cm2)(c)为对应的EDX成分分析图。
图5为对加工样品进行的电极性能测试图:其中(a)对加工样品在扫描速度为5—40mv/s时,进行的循环伏安曲线测试;(b)对加工电极进行的恒流充放电测试图。
图6为经过恒流充放电以及相应公式得出的电极性能与电流密度的关系图:(a)比电容随电流密度变化的关系图;(b)能量密度随功率密度的变化曲线图。
图7电极稳定性测试图:其中(a)循环测试1400次,电极的库伦效率;(b)循环1400次,电极的循环性能图。
附图标记:1-飞秒激光器;2-光阑;3-衰减片;4-光快门;5-二相色镜;6-平凸透镜;7-待加工材料;8-六自由度平移台;9-照明灯;10-分束镜;11-电荷耦合元件(CCD);12-计算机控制系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚、明确,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
选择待加工材料为泡沫铜,说明本发明一种基于飞秒激光复合电化学氧化加工制备赝电容电极的方法的实施过程,包括以下步骤:
(1)搭建如图1所示的飞秒激光加工系统;飞秒激光加工系统由飞秒激光器1、光阑2、衰减片3、光快门4、二相色镜5;平凸透镜6、待加工材料7、六自由度平移台8、照明灯9、分束镜10、电荷耦合元件(CCD)11、计算机控制系统12组成。飞秒激光器1产生波长为800nm,脉冲持续时间为35fs,重复频率为1kHz的激光,经过光阑2、衰减片3、以及光快门4后,由二相色镜5反射到平凸透镜6上,经过6的聚焦,将飞秒激光聚焦在待加工材料7表面。其中,二相色镜5的作用是反射800nm波长的光,透过照明灯9发出的可见光。照明灯9发出的光经过分束镜10、二相色镜5以及平凸透镜6后照射到待加工材料7的表面,经过待加工材料7的反射,将待加工材料7的像呈现在电荷耦合元件(CCD)11上,经过计算机控制系统12的处理,可以将电荷耦合元件(CCD)11中的像呈现在计算机屏幕上。衰减片3的作用是调节激光通量的大小。光快门4可以通过计算机控制系统12控制其打开和关闭;
(2)在空气环境中,先对泡沫铜表面用去离子水和无水乙醇分别超声震荡5min进行清洗,然后利用飞秒激光对如图2(a)所示的泡沫铜表面按照预设的参数进行改性加工得到如图2(b)所示的表面覆盖微纳突触结构的表面。控制飞秒激光的能量分别为3mW,5mW,10mW,15mW,扫描速度为500μm/s,扫描间距为5μm,加工面积为5000×5000μm。由于对加工材料表面形貌影响最大的因素是能量,因此此处着重研究飞秒激光的能量这一参数。通过对不同能量下的加工表面的形貌观察以及电极性能的测试可知:3mW时,表面出现周期性波纹结构(ripple),15mW时,表面损坏严重。最优化的能量为10mW,因此本实施例中选择激光的加工能量为10mW;
(3)如图2(c)所示,利用飞秒激光改性之后,将上述材料清洗以便除去由激光加工产生的碎屑,防止对表面形貌的观察以及后续电化学氧化的影响。加工清洗过的样品放入双电极体系中,作为体系的阳极,铂电极作为阴极,选择阳极氧化的电流密度为10、20、30、45、60mA/cm2,加工时间为900s,1200s,1500s,通过控制电流密度和氧化时间,加工出不同形貌的表面结构,根据超级电容电极性能的测试以及形貌观察可知,电流密度为45mA/cm2,时间为1200s时,效果最好。因此,批量生产时采用氧化的电流密度为45mA/cm2,氧化时间为1200s加工参数,用数字源表对其进行氧化,在阳极沉积铜离子,加工结束后对上述氧化后材料用去离子水和无水乙醇分别进行超声清洗5min以去除表面结晶,而后置于马弗炉中,当然,也可以是其他加热炉,100℃条件下,保温20min,取出并对其用上述方法再次进行清洗,以便去除在干燥过程中,马弗炉中灰尘对表面的污染。得到由纳米片组成的花状结构;图3(a-b)为纯净的泡沫铜,图3(a)为泡沫铜裸片的宏观光学显微镜图,图3(b)为扫描电子显微镜下的泡沫铜裸片的放大图,由(a-b)可知,泡沫铜裸片是多层结构编织成的网状结构;图3(c)为泡沫铜裸片的EDX成分分析图,横坐标代表能量,纵坐标代表强度,由此分析可得,泡沫铜裸片仅含有铜,证明了泡沫铜裸片是纯净的。
由上述内容可知,针对不同的生产目标以及加工原材料,可以通过控制电化学阳极氧化的电流密度和氧化时间,加工出不同形貌的表面结构;以对相应的电容电极性能进行研究,从中找到最优化的加工条件。
本领域技术人员清楚,在每进行下一个加工步骤前,若想取得良好的加工效果,都要对材料进行清洗和干燥处理,不限于上述实施例中公布的清洗过程,针对加工材料及其所要取得的性质,可以对其进行符合其材料特质的对应的清洗处理,以保证材料的干净从而取得好的加工效果。
图4(a)为纯净的泡沫铜经过飞秒激光表面处理之后的扫描电子显微镜(scanningelectron microscopy)图。从图4(a)中可以看出,泡沫铜表面经过飞秒激光处理后,会在表面生成微米突触,但并没有构成微纳复合结构;图4(b)为飞秒激光加工之后,对其进行电化学阳极氧化并进行干燥处理后得到由纳米片组合而成的花状结构(团簇)的扫描电子显微镜(scanning electron microscopy)图。从图4(b)中可以看出,飞秒激光和电化学氧化依次进行处理,得到的花状结构,在电极进行表面氧化还原反应时有利于离子的游动,加快氧化还原反应的进行。此外,经过飞秒激光表面改性泡沫铜,改变了泡沫铜材料的外层电子分布,有利于增强基底的导电性。图4(c)为飞秒激光直写加工后和飞秒激光复合电化学阳极氧化后,材料表面的EDX成分分析图,横坐标代表能量,纵坐标代表强度。由此图可以看出,经过飞秒激光直写加工的样品表面出现了氧,经过飞秒激光与电化学阳极氧化复合加工的表面也出现氧,并且氧含量明显增加。
图5(a)为样品的循环伏安曲线测试(CV),由此可以看出,CV曲线出现展宽的氧化还原峰,明显区别于双电层电容的近矩形形状。图5(b)为飞秒激光与电化学氧化复合加工出的电极的恒流充放电测试,充放电曲线近似对称,由此可以证明,充放电是一个可逆的过程。当电流密度为1mA/cm2时,电极的放电时间最长。通过循环伏安曲线和恒流充放电测试,可以得出,加工的电极为赝电容电极。图6(a)是面积比电容随着电流密度的变化趋势图,由此图可以看出,该电极的面积比电容在电流密度为1mA/cm2时为3348.57mF/cm2,由图6(b)可以看出在功率密度为175μW/cm2时的能量密度为56.97μWh/cm2。
图7(a-b)为加工电极的库伦效率和循环性能测试。图7(a)为循环1400次(Cyclenumber)电极的库伦效率图,图7(b)为循环测试1400次(Cycle number),电极的循环性能(Capacity Retention)图。由图7(a)可以看出,经过1400次充放电循环测试,电极的库伦效率为97%;由图7(b)可以看出,经过1400次循环测试,最终循环稳定在120%,这是由于电极表面活性材料在浸泡测试过程中,电解液中的离子不断向活性物质扩散。由上述叙述可以得出,此方法加工制备的赝电容电极具有较好的充放电效率和稳定耐用性。
综上所述,该方法加工出的法拉第赝电容具有良好的比电容和循环稳定性。相比现有方法,此方法原位生长活性物质,增加了活性物质的牢固性,降低了电荷转移的阻抗谱,此外无需真空环境,操作简单。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)搭建飞秒激光加工系统;
2)对加工材料用飞秒激光对其表面进行直写改性,加工出表面微突触结构;
3)对步骤2)得到的材料进行清洗并干燥,以除去因表面加工带来的表面碎屑;
4)将步骤3)得到的材料放入双电极体系进行阳极氧化;
5)将步骤4)得到的电极进行反复清洗以清除氧化过程中在材料表面产生的溶液结晶后干燥。
2.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:在执行步骤2)操作前,先对所述加工材料进行表面清洗及干燥。
3.根据权利要求2所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:所述清洗及干燥过程:首先用去离子水对所述加工材料进行5min超声震荡清洗,然后用无水乙醇对材料再次进行5min的超声震荡清洗,最后用电吹风将表面附着的无水乙醇吹干。
4.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:通过控制所述飞秒激光的能量控制步骤2)所述表面微突触结构形貌。
5.根据权利要求4所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:所述飞秒激光的加工能量范围为3mW—15mW。
6.根据权利要求5所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:所述飞秒激光的加工能量为10mW。
7.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:步骤3)所述清洗为采用蒸馏水、无水乙醇依次清洗。
8.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:所述双电极体系的阳极氧化的电解质溶液为3mol/L的KOH溶液,阴极和阳极分别为铂电极和泡沫铜。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:通过控制步骤4)阳极氧化的电流密度和氧化时间,加工不同形貌的表面结构。
10.根据权利要求9所述的一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法,其特征在于:所述电流密度为45mA/cm2,时间为1200s。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711401685.0A CN108133838B (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711401685.0A CN108133838B (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108133838A CN108133838A (zh) | 2018-06-08 |
CN108133838B true CN108133838B (zh) | 2019-09-17 |
Family
ID=62392249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201711401685.0A Active CN108133838B (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108133838B (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109279570B (zh) * | 2018-08-08 | 2020-10-27 | 西安交通大学 | 一种基于飞秒激光直写与电化学还原相结合制备水凝胶中三维导电金属微纳结构的方法 |
CN109920659B (zh) * | 2019-03-19 | 2020-12-01 | 北京理工大学 | 一种基于电子动态调控高精度加工微型超级电容器的方法 |
CN109794686A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-24 | 北京理工大学 | 飞秒激光增强热氧化方法制备多功能电极 |
CN109868462A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-06-11 | 北京理工大学 | 一种实现在纳米尺度下激光辅助金离子化学还原的方法 |
CN110808355B (zh) * | 2019-11-08 | 2020-12-08 | 西安交通大学 | 一种超快激光水下加工微纳米复合结构铜箔集流体的方法 |
CN111430719A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-07-17 | 英诺激光科技股份有限公司 | 一种基于锂电池极片的集流体微结构制备系统及方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02137310A (ja) * | 1988-11-18 | 1990-05-25 | Marcon Electron Co Ltd | 固体電解コンデンサ |
US8599533B2 (en) * | 2010-09-07 | 2013-12-03 | International Business Machines Corporation | Nanostructure electrode for pseudocapacitive energy storage |
CN102059451A (zh) * | 2010-11-08 | 2011-05-18 | 北京理工大学 | 纳飞秒双激光复合加工系统 |
CN105624763A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-01 | 河北工业大学 | 一种钛基体表面制备微纳复合结构的方法 |
CN105977446B (zh) * | 2016-07-08 | 2019-04-02 | 青岛自贸激光科技有限公司 | 利用飞秒激光加工电池电极表面纳米结构的系统及方法 |
-
2017
- 2017-12-21 CN CN201711401685.0A patent/CN108133838B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108133838A (zh) | 2018-06-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108133838B (zh) | 一种基于飞秒激光复合阳极氧化制备赝电容电极的方法 | |
CN104051728B (zh) | 一种表面具有多级纳微米结构的材料、其制备方法和正极中包含该材料的镍锌电池 | |
CN102938331A (zh) | 一种泡沫镍基MnO2/C复合电极材料及其制备方法 | |
CN107887592A (zh) | 碳包覆ZnO纳米线及其制备方法和应用 | |
CN104269278B (zh) | 一种自立式纳米多孔镍/氧化镍复合电极片及其制备方法 | |
CN102509620B (zh) | 一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法 | |
CN108063266A (zh) | 一种高性能普鲁士蓝类似物修饰电极的制备方法 | |
CN107768150B (zh) | 一种以碳布为基底的铜离子掺杂聚苯胺电极及其制备方法 | |
CN101373794A (zh) | 染料敏化纳晶薄膜太阳能电池光电极及其制备方法 | |
CN106299394A (zh) | 一种高活性碳纤维毡电极材料及其制备方法和应用 | |
CN106558423A (zh) | Fe2O3层状纳米阵列、具有层状结构的Fe2O3/PPy柔性复合材料及制备和应用 | |
CN108807015B (zh) | 一种电化学电容器电极片的原位制备方法及其应用 | |
CN109671575A (zh) | 一种氧化钴锰纳米花-碳海绵柔性复合材料的制备方法 | |
CN105702475A (zh) | 一种超级电容器负极材料铁酸镍及其制备方法 | |
CN106887338B (zh) | 一种应用于超级电容器的MnO2/H-TiO2纳米复合阵列电极材料及其制备方法 | |
CN109326453A (zh) | 一种基于静电纺纳米纤维成纱技术的聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制备方法 | |
CN109411244A (zh) | 一种二氧化钛/双金属氢氧化物复合电极的制备方法 | |
CN108461301B (zh) | 一种MnO2-PPy/H-TiO2三元核壳杂化阵列电极材料及其制备方法 | |
CN110400703A (zh) | 一种柔性透明超级电容器的制备方法 | |
CN110223850A (zh) | 一种高性能氢氧化镍电极材料的快速原位制备方法 | |
CN108987123A (zh) | 一种二氧化锰-膨胀石墨-棉纤维三元复合超电容电极材料及其制备方法 | |
CN108806995A (zh) | 一种g-C3N4@NiCo2O4核壳结构的制备方法 | |
CN104269279B (zh) | 一种超级电容器用自立式复合电极片及其制备方法 | |
CN115058723B (zh) | Fe3O4-Fe2O3异质结光阳极及其制备方法 | |
CN110342589A (zh) | 一种钴酸镍纳米花状复合材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |