《基於印製電路板製程工藝的貼片超級電容器技術研究》是依託清華大學，由王洋擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於印製電路板製程工藝的貼片超級電容器技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王洋
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著高密度積體電路的發展，大功率能源轉換、便攜電子器件等設備對貼片超級電容器的需求日益增多。相對於傳統插接式結構的超級電容器，貼片元件須承受260℃的回流焊工藝衝擊，這對電極活性物質、電解液、隔膜及封裝材料的優選和匹配均有極大的挑戰。目前國內廠商尚不能生產此類產品，國外產品也存在能量密度偏低的問題。基於前期的研究基礎，本項目首次提出利用印製電路板製程工藝製備貼片超級電容器的技術，並解決其中的科學與工藝難題。首先，通過納米碳材料與金屬氧化物的深度複合與協同互補，突破材料的團聚、堆疊等技術瓶頸，改善其流變性能，實現可印刷、器件級、大載量的高性能電極製備；其次，優選離子液體電解液和耐高溫隔膜，基於電鍍、切割、熱壓等印製電路板製程工藝，完成貼片元件的封裝；最後，通過電化學和可靠性測試對器件的性能進行整體評價，探索其能量存儲機制。該項目的研究成果可為高性能貼片超級電容器的產業化提供優異的解決方案。
結題摘要
隨著高密度積體電路的發展，大功率能源轉換、便攜電子器件等設備對貼片超級電容器的需求日益增多。相對於傳統插接式結構的超級電容器，貼片元件對電極活性物質、電解液、隔膜及封裝材料的優選和匹配均有極大的挑戰。基於前期的研究基礎，本項目首次提出利用印製電路板製程工藝製備貼片超級電容器的技術，並解決其中的科學與工藝難題。首先，通過石墨烯材料與多價態氧化錳材料的深度複合與協同互補，突破材料的團聚、堆疊等技術瓶頸，改善其流變性能，實現可印刷、器件級、大載量的高性能電極製備，該複合電極材料因具有高效的自由電子及離子的傳輸網路、多種價態錳氧化物材料中豐富的電子及離子缺陷、多價態氧化錳和石墨烯的協同作用等效應，顯示出高比容量（202 F/g）、高載量（19 mg/cm2，此時面電容約2.5 F/cm2）和優異的循環特性（115000圈，容量保有率106%）；其次，優選離子液體電解液和耐高溫隔膜，基於電鍍、切割、熱壓等印製電路板製程工藝，完成兩類貼片元件（平面和三明治結構）的封裝，該器件具有高能量密度（47.6 Wh/kg）和高功率密度（20.8 kW/kg）特徵，單一器件的容量分別達到15mF和20mF，工作電壓視窗達2.7V；此外，更重要的是，該器件顯示出優異的循環特性，80000圈循環後容量保有率為初始值的96%，是目前非水系贋電容超級電容器的最高值。該項目的研究成果可為高性能貼片超級電容器的產業化提供優異的解決方案。
