【摘要】：自供電微型電子設(shè)備的快速發(fā)展使得人們對高性能微型電池的需求日益增加。然而，在微型電池中同時獲得高能量密度和高功率密度是一個重大的挑戰(zhàn)。使用超薄微電極可以使微型電池獲得較高的功率密度，但與此同時其較低的單位面積活性材料負(fù)載量會導(dǎo)致微型電池的能量密度無法滿足微型電子設(shè)備的需求。增加微電極的厚度可以提高單位面積活性材料的負(fù)載量，從而使微型電池獲得更高的能量密度，但由于電子傳輸和離子擴(kuò)散距離的增長，往往會導(dǎo)致微型電池功率密度的降低。

研究表明，基于三維介孔微電極的微型電池有望同時實(shí)現(xiàn)高能量密度和高功率密度，然而大多數(shù)構(gòu)筑三維介孔材料的方法難以與微型電池的微加工工藝兼容，基于三維介孔微電極的微型電池的開發(fā)仍處于起步階段。因此，開發(fā)基于三維介孔微電極的微型電池是一項(xiàng)亟待解決的問題。本文通過一系列微加工工藝成功制作了基于分級有序孔微電極的微型鎳鋅電池，并采用多種表征手段和測試方法，對其物相和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的表征，對其電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:

(1)通過模板法結(jié)合陽極氧化等微加工工藝成功制作了分級有序孔鎳/氫氧化鎳微電極，其孔結(jié)構(gòu)由相互連接的有序大孔和介孔組成。

(2)對不同厚度的分級有序孔鎳/氫氧化鎳微電極進(jìn)行了電化學(xué)測試，隨著微電極厚度的增加，微電極的能量密度也相應(yīng)提高，而功率密度僅有微小的損失，有效的減少了微電極厚度的增加對電化學(xué)性能的負(fù)面影響。微電極性能提升的主要原因在于分級有序孔結(jié)構(gòu)具有較大比表面積，從而可以獲得更高的活性材料負(fù)載量，并可以同時優(yōu)化離子的擴(kuò)散和電子的傳輸。

(3)以分級有序孔鎳/氫氧化鎳微電極為正極，鋅微電極為負(fù)極，組裝了準(zhǔn)固態(tài)微型鎳鋅電池，在1 mA cm~(-2)的電流密度下具有超高的容量(150.19μAh cm~(-2))，在20 mA cm~(-2)的電流密度下，容量保持率高達(dá)59.2%，顯示出了優(yōu)異的倍率性能。與此同時該微型電池還具有超高的能量/功率密度(0.26 mWh cm~(-2)，33.8 mW cm~(-2))，遠(yuǎn)超大多數(shù)報道過的微型儲能器件。