用于宽频段滤波的复合碳基薄膜超级电容器

作     者：赵青松 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张晨光;李嵘峰

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0702[理学-物理学] 

主      题：宽频段滤波 超级电容器 碳纳米洋葱 复合碳基薄膜 线性稳压电路 

摘      要：随着科技的发展和人类需求的提高,电子产品趋向于精简化、微型化、集成化。在电子电路中普遍存在不同频率的电信号,为了得到稳定的直流电压,需要一种能在宽频段范围内稳定滤波的电容器将其处理(下文中将这种电容器称为“频段滤波电容器)。目前最常用的频段滤波电容器是大容量的铝电解电容器(AEC),但铝电解电容器体积和寄生电感过大,这严重限制了铝电解电容器在微电子器件中的应用和有效滤波频段宽度。值得注意的是,超级电容器(SCs)比电容大、体型小且寄生电感低,因此相比于铝电解电容器,超级电容器有可能更加适合用作宽频段滤波电容器。因此关于超级电容器在宽频段滤波方面的应用及性能优化有很大的研究意义,但目前关于超级电容器在宽频段滤波方面的研究仍然较少。因此本文的研究旨在开发一种小体积且能在宽频段范围内稳定滤波的超级电容器。本文首先介绍了实验方法,即通过热分解法和化学气相沉积法制备出了包含碳纳米洋葱、活性炭和石墨烯的复合碳基薄膜电极(碳纳米洋葱表面可及性好、寄生电感小,使超级电容器在高频条件下拥有良好的频率特性;活性炭在低频条件下的高比电容特性保证了超级电容器优良的低频滤波效果;石墨烯将活性炭和碳纳米洋葱连接并且作为中间导体有效降低了电极内阻),并组装成超级电容器。然后对超级电容器进行电化学阻抗谱测试和性能分析,结果表明,超级电容器容值最高可达5.34 m F,面积比电容最高可达4.73 m F cm(在1～100 k Hz频段内),且自谐振频率高达101360 Hz。最后将单个超级电容器安装到线性稳压电路中进行实际滤波效果测试,结果显示,超级电容器在1～100 k Hz频段内滤波效果优异且稳定,而且体积比铝电解电容器更小。本文的测试结果有力证明了复合碳基薄膜超级电容器在宽频段滤波方面的优异性能和使用小体积的超级电容器替换大体积的铝电解电容器方案的可行性,这对于未来集成电子设备发展具有重要意义。