[发明专利]一种过渡金属氮化物超级电容器涂层材料的制备方法

说明书

一种过渡金属氮化物超级电容器涂层材料的制备方法，涉及超级电容器。以不同的沉积压力反应磁控溅射过渡金属氮化物超级电容器涂层材料。所述不同的沉积压力为1.0～5.0Pa；所述过渡金属氮化物为ZrN、HfN、NbN。通过调控薄膜沉积过程中的沉积压力，过渡金属氮化物可获得最大比电容值分别为12.0、13.5和10.2mF/cm²，且经过20000次循环后容量保持率均高达90％以上。

技术领域

本发明涉及超级电容器，尤其是涉及一种过渡金属氮化物超级电容器涂层材料的制备方法。

背景技术

随着可获得的化石燃料日益减少，发展高效的储能装置成为人们非常迫切的需求。超级电容器，又称为超大容量电容器，其性能介于电池与传统静电电容器之间，是一种能够弥补传统电容器低能量密度和电池低功率密度的一种新型储能装置，具有良好的温度特性、高比电容、高能量和功率密度、充电时间短、使用寿命长及节能环保等优点，被广泛应用在航天航空、电子产品、便携式电源、电动汽车等领域([1]Simon P,GogotsiY.Materials for electrochemical capacitors[J].Nature materials,2008,7(11):845-854)。

通常，超级电容器根据其电荷存储机制主要分为两种类型：(1)双电层电容器(EDLC)，通过离子的可逆吸附在电极/电解质溶液间形成双电层存储能量，电极材料一般为高比表面积的碳材料，如石墨烯、碳纳米管等；(2)赝电容电容器，利用电极表面所发生的可逆法拉第反应存储能量，电极材料一般为金属氧化物、导电聚合物，二者的本质区别在于储能方式的不同([2]Choi D,Blomgren G E,Kumta P N.Fast and reversible surfaceredox reaction in nanocrystalline vanadium nitride supercapacitors[J].Advanced Materials,2006,18(9):1178-1182.)。然而，比电容低是碳材料的致命缺陷。相比碳材料，金属氧化物能够通过表面可逆的法拉第反应提供较高的比电容，但是导电性差限制了其功率密度。对于导电聚合物而言，循环稳定性低是限制其广泛应用的重要因素，其原因在于在嵌入/迁出过程导致结构的破坏([3]Lu X,Liu T,Zhai T,et al.Improvingthe Cycling Stability of Metal-Nitride Supercapacitor Electrodes with a ThinCarbon Shell[J].Advanced Energy Materials,2014,4(4).)。过渡金属氮化物(ZrN、HfN、NbN)由于其具有比电容高、电导率高、熔点高、化学稳定性好及循环性能优异等优点可以用来作为超级电容器材料，具有潜在的应用前景。