新型介电/电解双重特性氧化铝薄膜的电解性质、电极效应研究及其在电介质电容器中的应用

Increasing the energy storage density of dielectric capacitors is a research hotspot. The traditional method—dielectric material selection/modification makes the preparation process increasingly complex. It is of great significance to utilize the electrode system to improve the energy storage density. The project will explore a novel type oxide-dielectric/electrolytic dual-characterized alumina thin film, and based on this, we focused on the electrode system of dielectric capacitors. The dielectric/electrolytic dual-characterized alumina thin film is prepared by sol-gel method and the project adjusts the structure of the dielectric/electrolytic dual-characterized alumina to reveal the nature of the electrolyte property and the interdependence of dielectric-electrolytic properties. The electrode effect under high electric field is studied by selecting different electrode systems and the mechanism of electrode effect is clarified. Meanwhile, the project carries out a preliminary expansion of the dielectric/electrolytic dual-characterized oxide, and systematically explores its dielectric-electrolytic relationship, electrode effect and energy storage density, aiming at establishing a method for studying the oxides. This project has a reference for the study of dielectric/electrolytic dual-oxides and provides a new method for improving the energy storage density of dielectric capacitors.

提高电介质电容器的储能密度是当前的研究热点，传统方法—电介质材料选择/改性使制备工艺日趋复杂，利用电介质电容器的电极系统提高储能密度具有重要研究意义。本项目探索了一类新型氧化物—介电/电解双重特性氧化铝薄膜，并基于此专注于电介质电容器的电极系统。介电/电解双重特性氧化铝薄膜由溶胶-凝胶法制备，通过调控其结构，揭示这类新型氧化物电解质性质的本质及介电-电解性能的相互依存关系；通过选择不同的电极体系，研究介电/电解双重特性氧化铝强场下的电极效应，阐释其作用于电极系统的机理。同时，本项目还将介电/电解双重特性氧化物进行了初步拓展，并对其介电-电解关系、电极效应及储能密度进行系统研究，建立起研究此类氧化物的方法。本项目对研究介电/电解双重特性氧化物具有借鉴意义，也为提高电介质电容器储能密度提供一个全新方法。

制备高储能密度电介质电容器一直是电介质领域的研究热点。不同于传统工艺—电介质材料的选择和改性，利用电介质电容器的电极系统提高器件的储能密度是一类全新方法。此方法是基于介电/电解双重特性氧化铝薄膜这一新型介电氧化物建立，利用其电解质性质阳极氧化器件的电极系统以提高器件的击穿场强（储能密度）。由于介电/电解双重特性氧化铝薄膜为首次发现，有些基础问题亟需解决。因此，本项目的主要研究内容包括：双重特性氧化铝薄膜电解质性质的本质及优化；双重特性氧化铝薄膜对电极系统阳极氧化多样性的确认；基于对双重特性氧化铝薄膜电解质性质的认识提升氧化铝薄膜的击穿性能。经本项目探索，确认了双重特性氧化铝薄膜电解质性质主要来源于薄膜内部的化学吸附水，并且通过引入化学吸附水可一定程度上优化该类薄膜的电解质性质；确认了双重特性氧化铝薄膜可阳极氧化多类型的阀金属电极，具有多样性；基于对双重特性氧化铝薄膜的认识，通过调控氧化铝薄膜的物理吸附水和化学吸附水，金电极体系下器件的击穿场强由293 MV/m升至750 MV/m，提升了1560%；同时基于双重特性氧化铝对阀金属电极的阳极氧化能力，制备了全无机柔性高储能密度电介质电容器。本项目为制备高储能密度电介质电容器提供了一个全新方法。