[发明专利]基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器及其制造方法

权利要求书

1.一种基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器，其特征在于，所述聚吡咯微型超级电容器的结构为：在硅基体的表面采用微加工技术制备出梳齿状的阳极金集流体和阴极金集流体，阳极金集流体和阴极金集流体依次交叉，阳极金集流体、阴极金集流体的全部梳齿各自汇集后同向引出形成二维平面电极对的梳齿状金集流体，阳极金集流体引出为正电极，阴极金集流体引出为负电极；在梳齿状集流体表面通过电沉积方法覆盖聚吡咯活性物质，制备成为梳齿状聚吡咯活性电极，在梳齿状聚吡咯活性电极的表面及梳齿电极间覆盖一层凝胶状固态电解质，在上述结构表面再覆盖一层聚酰亚胺材料完成微型超级电容器封装。

2.根据权利要求1所述基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器，其特征在于，所述二维平面电极对的梳齿状金集流体、阳极金集流体引出的正电极和阴极金集流体引出的负电极上的活性物质相同。

3.根据权利要求1所述基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器，其特征在于，所述二维平面电极对的梳齿状金集流体用光刻牺牲层方法制备。

4.根据权利要求1所述基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器，其特征在于，所述阳极金集流体、阴极金集流体的全部梳齿的梳齿厚度为10微米～30微米。

5.根据权利要求1所述基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器，其特征在于，所述阳极金集流体、阴极金集流体的全部梳齿的梳齿宽度为50微米～100微米。

6.根据权利要求1所述基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器，其特征在于，所述阳极金集流体、阴极金集流体的全部梳齿的梳齿间隙为50微米～100微米。

7.根据权利要求1所述基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器，其特征在于，所述聚吡咯电极活性物质层厚度小于20微米。

8.根据权利要求1所述基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器，其特征在于，所述电解质为水性胶状固态电解质，电解质由聚乙烯醇∶羧甲基纤维素钠∶蒸馏水∶氢氧化钾或氯化钾的重量比13.8∶3.5∶48.∶34.7组成。

9.一种基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器制造方法，其特征在于，所述聚吡咯微型超级电容器的制备工艺是采用溅射方法在硅基体上制备梳齿状阳极金集流体和阴极金集流体，阳极金集流体和阴极金集流体依次交叉，阳极金集流体、阴极金集流体的全部梳齿各自汇集后同向引出形成二维平面电极对的梳齿状金集流体，在梳齿状集流体表面覆盖聚吡咯电极活性物质和填充凝胶状固态电解质工序，制备出聚吡咯微型超级电容器，三种工序分别叙述如下：

所述梳齿状金集流体的制备：在硅基体上制备一层SiO₂绝缘层，在其上通过掩膜的方法或光刻方法绘制出微型超电容器梳齿状交叉金电极基体阵列的图形，然后采用溅射等方法在其上依次溅射Ti层和Au层，得到Ti-Au复合层的阳极金集流体、阴极金集流体的梳齿电极，二者依次交叉，阳极金集流体、阴极金集流体的全部梳齿各自汇集后同向引出形成阵列式二维平面电极对，作为微型超级电容器的梳齿状金集流体；

所述在梳齿状金集流体表面覆盖聚吡咯电极活性物质，采用恒流阳极氧化法或采用三电极循环伏安方法沉积；所述恒流阳极氧化法覆盖聚吡咯电极活性物质，将上述梳齿状金集流体微电极的一极作为工作阳极，铂丝作为另一极的工作阴极，形成双电极系统，将双电极置于由0.1mol/L单体吡咯及0.1mol/L氯化钾溶于去离子水配成的复合电沉积反应液中，对双电极通的电流强度为10mA/cm²～50mA/cm²，沉积时间为10秒～120秒，聚吡咯在工作阳极上沉积出来，采用完全相同工艺在微电极阵列的另一组梳齿状金集流体微电极上沉积聚吡咯活性物质；

所述采用三电极循环伏安方法沉积聚吡咯电极活性物质，将上述制备的微电极阵列的一极作为工作电极，铂丝作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极组成三电极系统，将三电极置于与恒电流阳极氧化方法完全相同的复合反应液中，保持适当的搅拌速度，在适当电位范围内进行扫描反应，待电极面出现黑色物质后取出在另一组梳齿状金集流体微电极上进行完全相同的沉积反应；

所述微型超级电容器使用的凝胶状固态电解质制备工艺为：凝胶状固态电解质的组成原料聚乙烯醇∶羧甲基纤维素钠∶蒸馏水∶氢氧化钾或氯化钾按重量比13.8∶3.5∶48.∶34.7准备，先将聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠按上述比例放在蒸馏水加热溶解，再于溶解后的混合物中加入氢氧化钾或氯化钾；充分搅拌成高粘性的均一溶液静置脱泡后，将粘性溶液涂覆或滴在沉积聚吡咯电极上，使其在室温下蒸发多余水分，自然干燥成膜；与单独使用聚乙烯醇相比，聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠共混可以改善该聚合物电解质膜的保湿性和机械性能，使电解质膜在空气环境中放置时不至于深度失水而产生皱缩、变脆现象，并可使聚合物膜中能够溶解更多的电解质盐，从而提高电解质膜的电导率。

10.根据权利要求9所述基于MEMS技术的聚吡咯微型超级电容器制造方法，其特征在于：所述采用三电极循环伏安方法沉积聚吡咯电极活性物质，将梳齿状金集流体微电极的一极作为工作电极，铂丝作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极组成三电极系统，将三电极置于由0.1mol/L单体吡咯及0.1mol/L氯化钾溶于去离子水配成的复合电沉积反应液中，相对于饱和甘汞参比电极，在0.2V～0.9V电位范围内以5mV/s～40mV/s扫描速率反应10秒～120秒时间，待电极面出现黑色物质后取出，在另一组梳齿状金集流体微电极上进行完全相同的沉积反应。