碱性电池三维正极的构筑策略及优化机制研究开题报告

全文总字数：4964字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着各种电子器件与设备的微型化，可穿戴设备等微小型的机电系统也在迅速发展，锂离子电池和超级电容器是最有前途的电化学能量存储器件之一，已被广泛应用锂离子电池具有较高的能量密度，但其循环寿命和充放电速率受到限制，而超级电容器以其高功率密度和长循环寿命而著称，但其缺点是能量密度有限，且两者在尺寸上的适用性都不尽如人意，因此微型电极作为一种微型的能源供应系统，逐渐成为人们关注和研究的热点。

超级电容器，又名电化学电容器，可分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。而三维微型超级电容器，即是利用一系列的微加工工艺，在特定的基底上制作出阵列化、微型化的三维电极，其整体尺寸可达到毫米甚至微米级别，其具有出色的能量存储性能（例如，出色的功率密度和长循环寿命），并且可以集成到小型设备中，但由于以下缺点，使用情况仍然受到限制。 首先，复杂的制造工艺导致高成本和可扩展性的可行性低。 其次，大多数微型超级电容器依赖于预先设计的基板，与可穿戴设备的基本组件（例如纺织品，纸张或塑料）的兼容性非常差。 最后，在制造后进行预设计和固定状态的必要性大大降低了即插即用功能的可能性，因此与现有的电气设备不太兼容。 因此，对于高度可靠，耐用和可修改的微型超级电容器系统而言，探索简易可行的微加工工艺、获得较高的能量密度一直是研究者面临的挑战。

三维电极的设计尤为关键，迄今为止，薄膜微型超级电容器的主要缺陷是能量密度低，不足以为传感器或其他电子组件供电。 这种缺陷源于大多数薄膜设备中使用的能够存储电荷的活性材料量少。 为了在保持低占地面积的同时提高能量密度，必须在电极的每单位面积上装载更多的活性材料，这需要更厚的电极。传统的平面型加工方法（如电沉积、cvd沉积），具有单面加工的特点，且不便于正负材料的灵活组装和匹配。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容

1、在基底上利用3d打印的方法制作出有机三维骨架，并利用冷冻干燥的方法，探索材料自组装的成孔机制；

2、对材料浓度配比进行调控，探索材料成分配比对电极微观结构的影响机制；

3. 研究计划与安排

第1－4周：查阅相关文献资料，完成英文翻译；明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备；确定技术方案，完成开题报告；

第5－8周：按照设计方案，制备高导电的三维碳基骨架及活性材料；

第9－12周：采用xrd、sem、tem、cv、eis等测试技术对材料的物相、显微结构、电化学性能等进行测试；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] kyeremateng n a, brousse t, pech d. microsupercapacitors as miniaturized energy-storage components for on-chip electronics[j]. nature nanotechnology, 2016, 12(1):7.

[2] zhang s, pan n. supercapacitors performance evaluation[j]. advanced energy materials, 2015, 5(6).

[3] sun h, mei l, liang j, et al. three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage[j]. science, 2017, 356(6338):599.