项目名称: 基于纳米碳材料的微型超级电容器三维打印构筑和应用基础研究

项目编号: No.51472204

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 魏秉庆

作者单位: 西北工业大学

项目金额: 83万元

中文摘要: 电子电路芯片弥足珍贵的平面面积与微型超级电容器单位面积比容量严重偏低的矛盾是目前电子核心基础产业亟待解决的关键问题之一。针对上述问题,本项目拟采用均匀液滴喷射三维打印技术,构筑具有三维立体结构的微型双电荷层超级电容器。该超级电容器以纳米碳材料为电极材料,H2SO4/PVA溶胶聚合物为电解质,采用多层叠加的形式,利用Z轴方向构建立体空间结构,显著提高其单位面积上的储能密度。本项目通过研究微型超级电容器三维打印关键材料溶液性质与流变行为,建立相应理论模型与设计原则;通过考察不同组元微喷动力学特性与归纳其三维拓扑结构的数字化模型,建立三维打印需求的个性化微喷理论、技术及精准控制方法;通过研究微型超级电容器电化学行为,阐明微型超级电容器空间结构与性能的构效关系及相应调控策略。本项目开展将为高性能微型超级电容器的设计、构筑及应用开发提供新的思路和科学依据。

中文关键词: 纳米碳材料;三维打印;微型超级电容器

英文摘要: How to achieve a balance between the precious planar area of a chip and the low specific capacitanceper unit area of a micro-supercapacitor is a big challenge. In this project, a three-dimensional (3D) printing technique (Uniform Droplet Spray) will be employed to fabricate a 3D micor-supercapacitor, which is consisted of nano-carbon based electrodes and H2SO4/PVA based polymer gel electrolyte. By repeated depositing alternative layers of the electrode materials and the electrolyte, the energy density (per unit chip area) of the 3D micro-supercapacitor is expected to increase dramatically due to the fully utilization of the 3D space.The solution properties and rheological behavior of the electrode and electrolyte materials for 3D printing would be investigated, and the corresponding model and design principles would also be developed. Meanwhile, efforts will be devoted to developing specific theory and techniques of the Uniform Droplet Spray and achieving controllable method with a high-precision. In addition, the relationship between the micro-structures and the electrochemical performances of the micro-supercapacitor, as well as the regulation strategies would be established. In brief, the proposed project will explore the feasibility of fabricating micro-supercapacitors using 3D printing techniques and provide fundamental guidance for design and fabrication of newly developed high-performance micro-supercapacitors.

英文关键词: nano-carbon;3D printing;micro-supercapacitor

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