CN110277251A - 一种超级电容器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超级电容器，包括正极、负极以及设置于所述正极和所述负极之间的隔膜和电解液，所述正极为硼氮共掺杂金刚石电极，所述硼氮共掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置在所述电极基体靠近隔膜一侧表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述电极基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构。利用硼氮共掺杂金刚石作为电极材料，可提高超级电容器的酸碱耐受性和工作稳定性；而阵列凸起结构可提高电极比表面积，增加超级电容器的储能密度和储能效率。

Description

一种超级电容器及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种超级电容器及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置，又叫做双电层电容器，通过正负电极和电解液中的离子形成的双电荷层存储能量。其容量可达几百至上千法。与传统电容器相比，它具有较大的容量、比能量或能力密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。超级电容器被广泛用于有记忆储存功能的电子产品、智能电网、新能源汽车、风力和太阳能发电系统。
在超级电容器中，电极材料是核心组成部分，决定了超级电容器的整体性能。根据电极材料，超级电容器可分为碳材料超级电容器、金属氧化物超级电容器、导电聚合物超级电容器和混合材料体系超级电容器。传统碳材料如活性炭原料丰富、比表面积高且成本较低，但比表面积利用率低。碳纳米管具有高的电导率和比电容，但是比表面积较低。碳气凝胶具有高的比表面积，且质轻、导电性好、中孔发达，但制备工艺复杂且费用昂贵。石墨烯材料具有高比表面积、良好的导电性，但是目前其制备技术尚未成熟，难以实现商业化。此外，还有金属氧化物/氢氧化物及导电聚合物作为超级电容器的电极材料的出现，但是较高的成本、较差的工作稳定性、不耐酸碱等都限制了这些电极材料的发展，而能量密度低也是制约超级电容器应用的一个最主要的因素，因此，提供一种储能密度高、耐酸碱性好、工作稳定性好的电极对于超级电容器是十分必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种超级电容器，其中，正极或正负极同时采用具有阵列凸起结构的硼氮共掺杂金刚石电极。利用硼氮共掺杂金刚石作为电极材料，提高超级电容器的酸碱耐受性和工作稳定性；阵列凸起结构提高电极比表面积，增加超级电容器的储能密度和储能效率。
第一方面，本发明提供了一种超级电容器，包括正极、负极以及设置于所述正极和所述负极之间的隔膜和电解液，所述正极为硼氮共掺杂金刚石电极，所述硼氮共掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置在所述电极基体靠近隔膜一侧表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述电极基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构。
可选的，所述负极为所述硼氮共掺杂金刚石电极。所述硼氮共掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置在所述电极基体靠近隔膜一侧表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述电极基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构。
可选的，所述阵列凸起结构垂直设置于所述平整结构层上，所述阵列凸起结构的形状为棱柱、棱锥或圆锥。
可选的，所述阵列凸起结构的形状为棱锥或圆锥，棱锥或圆锥状的所述阵列凸起结构的顶端曲率半径为1nm-30nm。进一步的，所述顶端曲率半径为2nm-26nm，5nm-23nm或10nm-18nm。
可选的，所述阵列凸起结构的长径比为20-80，尖部直径为50nm-200nm，底部直径为100nm-1000nm，排布密度为104cm-2-109cm-2。进一步的，所述阵列凸起结构的长径比为25-65，尖部直径为80nm-170nm，底部直径为350nm-650nm，排布密度为107cm-2-109cm-2。
可选的，所述平整结构层的厚度为100nm-5μm，所述阵列凸起结构的高度为50nm-5μm。进一步的，所述平整结构层的厚度为200nm-4μm或500nm-3μm，所述阵列凸起结构的高度为100nm-4μm、500nm-3μm或1μm-2μm。
可选的，所述电极基体的材质包括钛、钽、铌、钼、铬、铅、镍、铜、硅、石墨、碳纤维和硬质合金中的一种或多种。所述铜包括泡沫铜、铜板、铜网中的至少一种。具体的，所述电极基体的材质可以但不限于为泡沫铜、碳纤维或硬质合金。
可选的，所述隔膜包括多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜、玻璃纤维薄膜、多孔陶瓷薄膜中的一种或多种。可选的，所述电解液包括电解液液体、电解液凝胶、固体电解液和固体聚合物中的至少一种。具体的，所述电解液可以但不限于为硫酸水溶液、氯化钠水溶液、硝酸钠水溶液和高氯酸锂的碳酸丙烯酯溶液。
本发明第一方面提供的超级电容器，其中正极或者是同时将正极和负极采用具有阵列凸起结构的硼氮共掺杂金刚石电极，提高超级电容器的酸碱耐受性和工作稳定性，平整结构层保护了电极基体，防止电极基体部分暴露，提高了电极的导电性。阵列凸起结构增加了硼氮共掺杂金刚石层的比表面积，增加储能密度和储能效率，提高超级电容器工作效率。
第二方面，本发明提供了一种超级电容器的制备方法，包括：
提供电极基体，将所述电极基体进行喷砂处理并清洗；在清洗后的所述电极基体上沉积形成初始硼氮共掺杂金刚石层；将所述初始硼氮共掺杂金刚石层的表层进行刻蚀形成阵列凸起结构，得到硼氮共掺杂金刚石层，即得到硼氮共掺杂金刚石电极，所述硼氮共掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置在所述电极基体表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述电极基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构；
提供电解液、隔膜和负极，所述硼氮共掺杂金刚石电极作为正极，将所述正极、所述电解液、所述隔膜和所述负极装入超级电容器壳体内，封装形成超级电容器，其中，所述阵列凸起结构位于所述平整结构层和所述隔膜之间。
可选的，进一步将所述硼氮共掺杂金刚石电极作为所述负极。也就是说正极和负极同时采用所述硼氮共掺杂金刚石电极。在本发明中，所述负极也可以为常规选择，具体的，所述负极可以但不限于为金属电极、石墨电极。
可选的，所述沉积形成初始硼氮共掺杂金刚石层的沉积速率为500nm/h-1μm/h。可选的，所述沉积包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射中的至少一种。进一步可选的，所述化学气相沉积包括热丝化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和超高真空化学气相沉积中的至少一种。其中，所述热丝化学气相沉积中热丝的数量为9-13根，热丝的直径为0.5mm-1mm，热丝与所述电极基体的距离为5mm-20mm，热丝温度为2200℃-2400℃，热丝功率为5000W-7500W，电极基体的温度为650℃-900℃，气压为2000Pa-5000Pa，沉积时间为0.5h-10h。
可选的，采用感应耦合等离子体刻蚀法或电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积刻蚀法刻蚀所述初始硼氮共掺杂金刚石层，其中，刻蚀气体的总流量为20sccm-100sccm，刻蚀速率为500nm/h-1μm/h，刻蚀时间为0.5h-10h。
可选的，采用感应耦合等离子体刻蚀法刻蚀硼氮共掺杂金刚石层，在所述刻蚀过程中，刻蚀气压为0.5Pa-20Pa，电源功率为600W-3500W，刻蚀功率为50W-350W。可选的，刻蚀气体包括氩气、氧气、氢气、氦气、氮气、气态碳源、四氟化碳中的至少一种。
可选的，采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积刻蚀法刻蚀硼氮共掺杂金刚石层，在所述刻蚀过程中，通入的气体包括氢气、氩气和气态碳源中的至少一种，刻蚀气压为(5-10)×10-3Torr，刻蚀负偏压为50V-250V，刻蚀偏流为50mA-150mA。
本发明第二方面提供的超级电容器的制备方法，工艺简单，成本低廉，制备出电化学稳定性优异的超级电容器，在较为恶劣的环境下的使用寿命较高。
本发明的有益效果：
本发明提供的超级电容器，其中正极或者正负极采用具有阵列凸起结构的硼氮共掺杂金刚石电极，硼氮共掺杂金刚石有较好的电势窗口，同时具备了强的电催化活性、高的物理化学稳定性。硼氮元素共掺杂可以显著提高金刚石电极的导电率和晶体质量。其次，平整结构层保护了电极基体，防止电极基体部分暴露，提高电极的导电性；阵列凸起结构增加了硼氮共掺杂金刚石层的比表面积，增加了活性位点，增加超级电容器的储能密度和储能效率。同时，通过调节刻蚀过程中的刻蚀条件改变凸起结构的排布密度和尺寸，进而可以调整硼氮共掺杂金刚石层的亲水性和疏水性，进一步影响超级电容器的工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种超级电容器的制备方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种超级电容器中硼氮共掺杂金刚石电极的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种超级电容器中硼氮共掺杂金刚石电极的结构示意图；
图4为本发明实施提供的一种超级电容器的结构示意图。
具体实施方式
以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
请参阅图1，为本发明实施例提供的一种超级电容器的制备方法流程图，包括：
步骤S101：提供电极基体，将所述电极基体进行喷砂处理并清洗。
在步骤S101中，所述电极基体的材质包括钛、钽、铌、钼、铬、铅、镍、铜、硅、石墨、碳纤维和硬质合金中的一种或多种。可选的，所述铜包括泡沫铜、铜板、铜网中的至少一种。具体的，所述电极基体的材质可以但不限于为泡沫铜、碳纤维或硬质合金。所述清洗包括酸洗或碱洗。清洗的具体操作为：将电极基体置于酸性溶液或碱性溶液中加热至80℃-100℃，浸泡10min-30min。可选的，清洗为酸洗时，酸洗的溶液包括硫酸和双氧水，其中，硫酸和双氧水的体积比为1:10-15。可选的，清洗为碱洗时，碱洗的碱性溶液包括双氧水、氢氧化铵和水，其中，双氧水、氢氧化铵和水的体积比为1:1:(5-10)。可选的，在所述清洗之前还可以利用有机溶剂对所述电极基体10进行预清洗。
步骤S102：在清洗后的所述电极基体上沉积形成初始硼氮共掺杂金刚石层。
在步骤S102前还需对电极基体进行植晶操作，将清洗后的电极基体置于纳米金刚石悬浮液中超声处理1h-3h。其中，纳米金刚石粉的粒径为4nm-50nm，Zeta电位约±30mV-±50mV。可选的，所述沉积形成初始硼氮共掺杂金刚石层的沉积速率为500nm/h-1μm/h。在本发明优选实施方式中，采用热丝化学气相沉积法在所述电极基体制备初始硼氮共掺杂金刚石层，在所述制备过程中，通入的气体包括甲烷、三甲基硼烷和氢气，甲烷的流量为24sccm-124sccm，三甲基硼烷的流量为24sccm-124sccm，氢气的流量为628sccm-760sccm。采用钽丝作为热丝，热丝的数量为9-13根，热丝的直径为0.5mm-1mm。热丝与电极基体的距离为5mm-20mm，热丝温度为2200℃-2400℃，热丝功率为5000W-7500W，电极基体的温度为650℃-900℃，气压为2000Pa-5000Pa，沉积时间为0.5h-10h。可选的，所述初始硼氮共掺杂金刚石层的厚度为150nm-10μm。进一步可选的，所述初始硼氮共掺杂金刚石层的厚度为500nm-5μm。具体的，所述初始硼氮共掺杂金刚石层的厚度可以但不要限于为500nm、1μm、2μm、3μm。
步骤S103：将所述初始硼氮共掺杂金刚石层的表层进行刻蚀形成阵列凸起结构，得到硼氮共掺杂金刚石层，即得到硼氮共掺杂金刚石电极。
其中，所述硼氮共掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置在所述电极基体表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述电极基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构。
在步骤S103中，在本发明实施方式中，所述刻蚀的刻蚀速率为500nm/h-1μm/h。在本发明实施方式中，采用感应耦合等离子体刻蚀法或电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积刻蚀法刻蚀硼氮共掺杂金刚石层，其中，刻蚀气体的总流量为20sccm-100sccm，刻蚀时间为0.5h-10h。在本发明实施方式中，采用感应耦合等离子体刻蚀法刻蚀硼氮共掺杂金刚石层，在所述刻蚀过程中，刻蚀气压为0.5Pa-20Pa，电源功率为600W-3500W，刻蚀功率为50W-350W。在本发明实施方式中，刻蚀气体包括氩气、氧气、氢气、氦气、氮气、气态碳源、四氟化碳中的至少一种。在本发明优选实施方式中，采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积刻蚀法刻蚀硼氮共掺杂金刚石层，在所述刻蚀过程中，通入的气体包括氢气、氩气和气态碳源中的至少一种，刻蚀气压为(5-10)×10-3Torr，刻蚀负偏压为50V-250V，刻蚀偏流为50mA-150mA。请参阅图2和图3，为本发明实施提供的超级电容器中的硼氮共掺杂金刚石电极的结构示意图。初始硼氮共掺杂金刚石层刻蚀之后包括平整结构层21和设置于所述平整结构层21表面的阵列凸起结构22，即硼氮共掺杂金刚石电极包括设置于所述电极基体10表面的平整结构层21和设置于所述平整结构层21表面的阵列凸起结构22。本发明优选实施方式中，所述阵列凸起结构22垂直设置于所述平整结构层21上，所述阵列凸起结构22彼此间隔设置。阵列凸起结构22使得电子易于在粒子表面传输，可减少粒子组分的扩散阻力及距离，增大了超级电容器的电催化能力，同时使得硼氮共掺杂金刚石层的比表面积进一步增加，能量储存密度和效率得到进一步提升。本发明优选实施方式中，所述阵列凸起结构22的形状为棱柱(图2)、棱锥或圆锥(图3)。优选的，阵列凸起结构22的形状为棱锥或圆锥，具有尖端的阵列凸起结构可以起到汇聚电子的作用，使电子的传输与流通更易于进行。本发明优选实施方式中，当所述阵列凸起结构22的形状为棱锥或圆锥时，棱锥或圆锥的顶端(阵列凸起结构22远离平整结构层21的一端)并不是一个点，而是具有一定的曲率半径，顶端产生的尖端效益和电场增强对电极的催化性能产生有益的影响。优选的，棱锥或圆锥状的所述阵列凸起结构22的顶端曲率半径为1nm-30nm，进一步的，棱锥或圆锥状的所述阵列凸起结构22的顶端曲率半径为2nm-26nm，5nm-23nm或10nm-18nm。所述阵列凸起结构22的长径比为20-80，尖部直径为50nm-200nm，底部直径为100nm-1000nm，排布密度为104cm-2-109cm-2。进一步的，所述阵列凸起结构22的长径比为25-65，尖部直径为80nm-170nm，底部直径为350nm-650nm，排布密度为107cm-2-109cm-2。优选的，顶端为单晶金刚石结构，使电极具有更宽的电化学窗口和更低的析氢电位。
本发明优选实施方式中，所述平整结构层21的厚度为100nm-5μm，所述阵列凸起结构22的高度为50nm-5μm。进一步的，所述平整结构层21的厚度为200nm-4μm或500nm-3μm，所述阵列凸起结构22的高度为100nm-4μm、500nm-3μm或1μm-2μm。
步骤S104：提供电解液、隔膜和负极，所述硼氮共掺杂金刚石电极作为正极，将所述正极、所述电解液、所述隔膜和所述负极装入超级电容器壳体内，封装形成超级电容器。
其中，所述阵列凸起结构位于所述平整结构层和所述隔膜之间。
在步骤S104中，电解液介于正极与负极之间并且在正极与负极之间进行金属离子传导。所述隔膜的材质包括多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜、玻璃纤维薄膜、多孔陶瓷薄膜中的一种或多种。对于电解液没有特别限制，电解液液体、电解液凝胶、固体电解液、固体聚合物以及它们的混合物可用作电解液。所述超级电容器通常具有用于容纳正极、负极、电解液和隔膜的壳体。
在本发明实施例中，进一步将所述硼氮共掺杂金刚石电极作为所述负极。即正极和负极均采用所述硼氮共掺杂金刚石电极。当正极和负极均为具有阵列凸起结构的硼氮共掺杂金刚石电极时，超级电容器的储能密度和储能效率大大加强。请参阅6，为本发明实施提供的一种超级电容器，包括正极30、负极40、电解液50和隔膜60，其中正极30和负极40均采用硼氮共掺杂金刚石电极，正极30和负极40中的阵列凸起结构位于电极基体和隔膜之间。在本发明中，所述超级电容器也可以为层叠结构，对此不作限定。在本发明中，所述负极也可以为常规选择，具体的，所述负极可以但不限于为金属电极、石墨电极。
本发明提供的超级电容器的制备方法，工艺简单，成本低廉，可制备出电催化性能优异的超级电容器，在较为恶劣的环境下的使用寿命较高，制备得到的超级电容器中的正极或正负极同时采用具有阵列凸起结构的硼氮共掺杂金刚石电极，比传统的电极材料具备更宽的电势窗口，更好的电催化活性和物理化学稳定性；硼氮元素共掺杂可以显著提高金刚石薄膜的导电率和晶体质量，平整结构层保护了基体，防止基体部分暴露，提高了电极的导电性；阵列凸起结构增加了硼氮共掺杂金刚石层的比表面积，从而进一步增加了活性位点，超级电容器工作效率得到极大地提高；阵列凸起结构的表层具有更高的析氢和析氧点位，通过调节所述凸起结构的排布密度和尺寸，进而可以调整硼氮共掺杂金刚石层的亲水性和疏水性，进一步影响超级电容器的工作效率。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。
实施例1
一种超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对泡沫铜基体进行喷砂处理，分别在丙酮和酒精中将基体超声清洗20min，然后置于体积比为1:1:5的双氧水、氢氧化铵和水的碱性溶液中20min，去除表面氧化物，并造成一定缺陷以便之后的沉积，再置于去离子水超声清洗20min。随后将清洗后的泡沫铜基体置于粒径为4nm的纳米金刚石粉悬浮液中超声处理1h，以最分散形式存在，Zeta电位约±50mV。
步骤2：采用热丝化学气相沉积法在清洗后的泡沫铜基体上沉积硼氮共掺杂金刚石层，在制备过程中，将预处理的泡沫铜置于基台上，保持基片在热丝中间且与热丝平行，热丝与基片表面的间距为8mm。抽本底真空至0.1Pa以下，通入的气体包括甲烷、三甲基硼烷和氢气。采用钽丝作为热丝，热丝的数量为9根，热丝的直径为0.5mm。热丝与基体的距离为7.5mm，CH4/H2/TMB流量为24sccm/752sccm/24sccm，沉积压强为5000Pa，热丝功率为7100W，泡沫铜基体的温度为800℃，沉积时间为5h。得到表面具有初始硼氮共掺杂金刚石层的泡沫铜基体，其中硼氮共掺杂金刚石层的厚度为3μm。
步骤3：采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积刻蚀法对初始硼氮共掺杂金刚石层进行刻蚀，在刻蚀过程中，抽真空至5Pa以下，然后通入氢气至6mTorr，开启ECR微波等离子体模式，具体刻蚀参数如下：CH4/H2流量比：1.5％/98.5％，总气体流量：20sccm，刻蚀压强为6mTorr，基体台上加载的直流负偏压为100V，刻蚀偏流为50mA，刻蚀时间为2.5h，以使初始硼氮共掺杂金刚石层刻蚀为底层和表层，且使表层为阵列凸起结构，得到硼氮共掺杂金刚石电极，其中残余的BDD层为500nm，阵列凸起结构的形状为圆锥状，阵列凸起结构的高度为2.5μm，尖部直径为50nm，底部直径为125nm，排布密度为109cm-2。
步骤4：选用25％-30％的硫酸作为电解液、聚氯乙稀无纺布作为隔膜、石墨棒作为负极，以上述制得的硼氮共掺杂金刚石电极作为正极，将正极、电解液、隔膜和负极装入壳体内，封装形成超级电容器。
实施例2
一种超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：取碳纤维基体，分别在丙酮和酒精中将基体超声清洗20min，去离子水超声清洗20min。随后将清洗后的碳纤维基体置于平均粒径为10nm的纳米金刚石粉悬浮液中超声处理1h，以最分散形式存在，Zeta电位约±30mV。
步骤2：选用热丝化学气相沉积方法在已经预处理的碳纤维基体上硼氮共掺杂金刚石层。将已经进行过预处理的碳纤维基体置于基台上，保持基片在热丝中间且与热丝平行。抽本底真空至0.1Pa以下，然后通入反应气体，甲烷作为金刚石沉积的碳源，三甲基硼烷(TMB)作为BDD沉积的硼掺杂气体，其中使用的TMB为TMB和氢气的混合气体，混合气中TMB浓度为0.1％。调整沉积压强，开始金刚石薄膜形核和生长。HFCVD沉积BND薄膜的的具体参数如下：热丝9根直径为0.5mm的钽丝，与样品表面的间距为10mm，CH4/H2/TMB流量为24sccm/752sccm/24sccm，热丝功率为6900W，硅基底温度为750℃，气压为4000Pa，沉积时间为2h。得到表面具有初始硼氮共掺杂金刚石层的碳纤维基体，其中初始硼氮共掺杂金刚石层的厚度为1μm。
步骤3：采用感应耦合等离子体刻蚀法对初始硼氮共掺杂金刚石层进行刻蚀，在刻蚀过程中，通入四氟化碳作为反应气体，四氟化碳的流量为50sccm，刻蚀气压为0.5Pa，电源功率为2200W，刻蚀功率为160W，刻蚀时间为1h。以使初始硼氮共掺杂金刚石层刻蚀为底层和表层，且使表层为阵列凸起结构，得到硼氮共掺杂金刚石电极，其中阵列凸起结构的形状为棱柱状，高度为50nm，排布密度为108cm-2。
步骤4：选用1mol/L氯化钠水溶液作为电解液、聚氯乙稀无纺布作为隔膜，正极和负极均采用以上述制备得到的硼氮共掺杂金刚石电极，将正极、电解液、隔膜和负极装入壳体内，封装形成超级电容器。
本发明提供的超级电容器的制备方法，工艺简单，成本低廉，可制备出电催化性能优异的超级电容器，在较为恶劣的环境下的使用寿命较高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超级电容器，其特征在于，包括正极、负极以及设置于所述正极和所述负极之间的隔膜和电解液，所述正极为硼氮共掺杂金刚石电极，所述硼氮共掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置在所述电极基体靠近隔膜一侧表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述电极基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构。
2.如权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述负极为所述硼氮共掺杂金刚石电极。
3.如权利要求1或2所述的超级电容器，其特征在于，所述阵列凸起结构垂直设置于所述平整结构层上，所述阵列凸起结构的形状为棱柱、棱锥或圆锥。
4.如权利要求3所述的超级电容器，其特征在于，所述阵列凸起结构的形状为棱锥或圆锥，棱锥或圆锥状的所述阵列凸起结构的顶端曲率半径为1nm-30nm。
5.如权利要求4所述的超级电容器，其特征在于，所述阵列凸起结构的长径比为20-80，尖部直径为50nm-200nm，底部直径为100nm-1000nm，排布密度为104cm-2-109cm-2。
6.如权利要求1或2所述的超级电容器，其特征在于，所述平整结构层的厚度为100nm-5μm，所述阵列凸起结构的高度为50nm-5μm。
7.如权利要求1或2所述的超级电容器，其特征在于，所述电极基体的材质包括钛、钽、铌、钼、铬、铅、镍、铜、硅、石墨、碳纤维和硬质合金中的一种或多种。
8.一种超级电容器的制备方法，其特征在于，包括：
提供电极基体，将所述电极基体进行喷砂处理并清洗；在清洗后的所述电极基体上沉积形成初始硼氮共掺杂金刚石层；将所述初始硼氮共掺杂金刚石层的表层进行刻蚀形成阵列凸起结构，得到硼氮共掺杂金刚石层，即得到硼氮共掺杂金刚石电极，所述硼氮共掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置在所述电极基体表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述电极基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构；
提供电解液、隔膜和负极，所述硼氮共掺杂金刚石电极作为正极，将所述正极、所述电解液、所述隔膜和所述负极装入超级电容器壳体内，封装形成超级电容器，其中，所述阵列凸起结构位于所述平整结构层和所述隔膜之间。
9.如权利要求8所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，进一步将所述硼氮共掺杂金刚石电极作为所述负极。
10.如权利要求8所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，采用感应耦合等离子体刻蚀法或电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积刻蚀法刻蚀所述初始硼氮共掺杂金刚石层，其中，刻蚀气体的总流量为20sccm-100sccm，刻蚀速率为500nm/h-1μm/h，刻蚀时间为0.5h-10h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116207374B (zh) * 2023-05-04 2023-11-24 梅州市博富能科技有限公司 一种水系锂离子电池及其制作方法

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