石墨烯基微型超级电容器的研究

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1、中图分类号TNM3.5论文编号1006015-0102学科分类号140.45密级TIANJIWUNIVERSITYOFTECHNOLOGY硕士学位论文石墨烯基微型超级电容器的研究StudyonGraphene-based电子科学与技术物理电子学王建云张楷亮教授赵金石教授天津理工大学研究生部.o年分类号：TN603.5密级：天津理工大学研究生学位论文石墨烯基微型超级电容器的研究（申请硕士学位）学科专业：物理电子学研究方向：薄膜电子器件及技术作者姓名：王建云指导教师：张楷亮/教授赵金石/教授2015年1月ThesisSubmittedtoTi

2、anjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeStudyonGraphene-basedMicrosupercapacitorsByJianyunWangSupervisorProf.KailiangZhangProf.JinshiZhaoJanuary,2015独4J牲声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作和取得的研宄成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料

3、。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位办丈作者答名：土答孛《期：年3刀「£1学位办文板权使用梭权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位也文作者答名：主達A导师答名筌孛£J期：X年？月1EI筌孛£1期：>丨5年3月？£1摘要超级电容器具有功

4、率密度大、可进行大功率放电、环境友好等优势，被广泛应用于社会各个领域。随着电子产品向微型化和便携式方向的不断发展，要求与之配套的电源体积小、功率密度大，而现有的超级电容器由于体积过大无法在这些微系统中实现供能，因此微型超级电容器备受关注。作为超级电容器的一个重要分支，电极材料及结构对微型超级电容器的性能起到了决定性作用。碳材料具有良好的稳定性和导电能力，且成本低，是微型超级电容器最常用的电极材料。石墨烯的电学、力学特性很好，且比表面积大，质量一定的情况下有助于减小器件体积，在微型超级电容器的应用中优势显著。使用石墨烯作为电极材料时，多是将

5、石墨烯直接涂在集流体上，这种方法中石墨烯与集流体之间的接触电阻较大，影响了电容性能。本论文中使用PECVD设备将石墨烯直接制备在集流体Ni薄膜上，有效解决了上述接触电阻大的问题，且PECVD制备石墨烯的速度快、温度低，有利于微型超级电容器未来在集成电路中的应用及大批量生产的需求。微型超级电容器的性能优异，但比能量密度低。比能量密度的计算公式为E=（1/2）2CV，比电容值C及电压窗口V是影响比能量密度的两个重要因素。石墨烯作为电极材2料时为双电层工作原理，双电层电容的比电容值C=εSU/2d，因此可通过轰击Ni金属薄膜来增大制备出的原位石

6、墨烯电极的比表面积S，进而来提高比电容值C。另外，本论文将二氧化锰与石墨烯结合在一起，二氧化锰为赝电容代表材料，具有大的V和C，但不稳定，制得二氧化锰/石墨烯复合电极材料，一方面可以增大石墨烯电极材料的电压窗口V，另一方面可以提高二氧化锰电极材料的稳定性。综上所述本论文中分别制备出石墨烯电极材料和二氧化锰/石墨烯复合电极材料，测试结果证明它们均具有优良的电化学性能，将它们对应的电极图形化，制备叉指电极并对其封装，构建了对应的两种优良性能的微型超级电容器器件。关键词：微型超级电容器石墨烯二氧化锰AbstractWithadvantagesl

7、ikehigh-powerdischargeandlowerpollution,andsoon,supercapacitorwhichisanemergingenergystoragedeviceiswidelyappliedtoeverywhere.Withtheelectronicproductisbecamegraduallymicrominiaturizedandportable,thesizeofpowersourcematchedtheproductisneedtobelower,andthepowerdensitymustb

8、eincreasedfornotlowertheelectriccapacity,sothattheresearchaboutthemicrominiaturizationofsupercap