【摘 要】
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微传感器系统对微型电源在长期稳定性及高功率性能上提出了新的要求。然而,如何在微型电池中获得具有超级电容器型的高稳定和高倍率的性能是一个重大的挑战。通过构建微电极的薄层反应结构可以获得快速的反应动力学,然而这种微型电池的面积能量负载一般较低。此外,对于高反应活性的表层结构,长期的电化学反应往往会带来不可逆的结构衰退。研究表明,基于镍基纳米结构构建的镍锌电池有望在较高的能量负载下实现功率密度的提升,然
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微传感器系统对微型电源在长期稳定性及高功率性能上提出了新的要求。然而,如何在微型电池中获得具有超级电容器型的高稳定和高倍率的性能是一个重大的挑战。通过构建微电极的薄层反应结构可以获得快速的反应动力学,然而这种微型电池的面积能量负载一般较低。此外,对于高反应活性的表层结构,长期的电化学反应往往会带来不可逆的结构衰退。研究表明,基于镍基纳米结构构建的镍锌电池有望在较高的能量负载下实现功率密度的提升,然而这些镍基结构往往难以在高反应活性与高稳定性上同时取得突破。因此,开发具有优异稳定快充性能的微型镍锌电池是一项亟待解决的问题。本文采用一系列电化学手段成功制备了基于重构外延相保护的高性能微型镍锌电池,通过多种电化学分析和表征方法,对其结构与性能进行了系统的研究,主要研究内容及结果如下:(1)通过在不同碱液浓度和负载下的重构纳米镍进行电化学分析,在获得较高的负载容量下实现了超高的倍率性能。(2)对这种高活性的多孔镍电极进行原位外延相Zn(OH)2的引入,在保持原有电化学活性的前提下极大地将多孔镍微电极的电化学稳定性提高到10000圈。(3)在调整电解液浓度后对微型镍锌电池进行了组装测试,其电流密度从1 m A cm-2提高到200 m A cm-2时容量保持率高达85.9%,显示出了超高的倍率性能。其优异的能量/功率密度为0.26 m Wh cm-2/320.17 m W cm-2,并且长循环稳定性达到3500圈,保持率为91.2%,远超大多数报道过的微型储能器件。
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