[发明专利]一种金属氧化物与碳纳米管复合的微梳齿结构储能电极

权利要求书

1.一种金属氧化物与碳纳米管复合的微梳齿结构储能电极；其特征在于，在玻璃基底上溅射Ti或Au集流体层，并刻蚀出梳齿电极结构，在梳齿电极的梳齿之间和梳齿电极结构以外的玻璃基底上，涂覆SU-8胶形成梳齿微流道，在梳齿结构电极表面制备金属氧化物及金属氧化物与碳纳米管复合电极功能薄膜；通过梳齿微流道的支撑作用，金属氧化物与碳纳米管复合电极功能薄膜能在梳齿电极上的大量沉积，附着牢固，不会因沉积过程中的剧烈搅拌而大量脱落；同时因碳纳米管的多孔结构使氧化物材料均匀沉积，改善微梳齿结构储能电极的储能性能。

2.根据权利要求1所述金属氧化物与碳纳米管复合的微梳齿结构储能电极；其特征在于，所述SU-8胶作为微梳齿结构储能电极之间的隔离体，防止其短路，同时SU-8胶所形成的微流道作为金属氧化物与碳纳米管复合电极功能薄膜沉积的沟道，为金属氧化物与碳纳米管复合电极功能薄膜提供支撑，在防止短路的前提下得到更高厚度的金属氧化物与碳纳米管复合电极功能薄膜，提升器件的比容量及能量密度；并且，该结构最大程度地缩短了电解液中离子扩散距离，在有限的封装面积中，最大幅度地提升了有效的电极面积。

3.根据权利要求1所述金属氧化物与碳纳米管复合的微梳齿结构储能电极；其特征在于，所述金属氧化物包括氧化钌、氧化锰、氧化镍或氧化钴；优选氧化钌。

4.一种金属氧化物与碳纳米管复合的微梳齿结构储能电极的制备方法，其特征在于，具体工艺步骤包括：

（a）在玻璃基底上溅射40 nm-120 nm的Ti或Au集流体层；

（b）通过图形化光刻的方法，刻蚀出梳齿电极结构；

（c）在梳齿电极的梳齿之间和梳齿电极结构以外的玻璃基底上旋涂SU-8胶，曝光显影，形成SU-8胶梳齿微流道；

（d）阴极电沉积功能薄膜，通过在沉积液中共沉积金属氧化物与碳纳米管，在梳齿结构电极表面制备金属氧化物与碳纳米管复合功能薄膜，提升电极的储能特性；具体的金属氧化物与碳纳米管复合功能薄膜制备工艺如下：

采用多壁碳纳米管（MCNT）和氧化钌进行复合；实验中取碳纳米管1 g，RuCl₃ 0.05 g，NaNO₃ 0.85 g与50 mL去离子水配制成共沉积溶液，超声震荡30分钟，使得Ru³⁺被碳纳米管所充分吸附，基于超声处理后的共沉积溶液，采用双电极阴极沉积工艺，设定沉积电流密度为500 mA/cm²，沉积时间为2000秒；

得到的电极微结构表面十分光滑，图形化的SU-8胶与玻璃基底结合十分紧密，保持侧壁垂直，没有翘起和裂开，同时其绝缘性和化学稳定性很高。

5.根据权利要求4所述一种金属氧化物与碳纳米管复合的微梳齿结构储能电极的制备方法，其特征在于，所述在SU-8胶梳齿微流道中制备的氧化钌与碳纳米管复合薄膜，随着沉积薄膜厚度的不断增加，碳纳米管自身相互交错形成三维立体螺旋状结构，支撑整个薄膜体系向上生长，且不会发生脱落或皲裂现象；通过高分辨率电镜看出，碳纳米管复合薄膜本身具有发达的空间网络结构，氧化钌颗粒均匀分布于碳纳米管多孔结构上；这种空间结构不仅提高在微流道结构中的复合功能薄膜沉积速率，薄膜内部纳米管网络框架结构也更为发达和均匀，也增强薄膜活性、提高电极比容量、降低电极阻抗；并降低离子扩散距离，提升电子传输效率，提升电导率，达到提升电极活性的目的。