聚合物溶液中阳极氧化和腐蚀技术的研究(2)
随着地球温室效应问题的日益严重，太阳能、风能等清洁的可再生能源的开发得到了越来越多的重视。但是这些新能源在使用上存在着一定的局限性，例如供电量的不稳定、供电连续性无法保证等，这些缺点极大的影响了可再生资源的大规模利用[1]。而解决这些问题的主要方法是开发出具有高能量密度和高功率密度（“双高”）的电能储存装置[2,3]。铝电解电容有着很高的功率密度，但它的能量密度却很低[4]。所以增大能量密度就成为提高铝电解电容器性能的关键。
铝电解电容器是最早的一种电化学电容器，它是由阴极铝箔、阳极铝箔和电解液组成，其中阳极铝箔上带有一层很薄的致密氧化铝电介质膜，其厚度为纳米级到微米级，这层电介质膜是在阳极铝箔表面直接阳极氧化处理而得到的[5]。由于铝电解电容器制作工艺比较简单、制作成本较低且具有可靠的性能，已经在电子产业得到了较为广泛的使用。
由铝电解电容器的能量公式E=0.5CU2可知，有两种途径可以提高其存储能量，一种是提高铝电解电容器的工作电压U，另一种途径是提高铝电解电容器的电容量C[6]。电容器的最高工作电压取决于电介质材料的击穿场强，而电容量(C=ξ0ξrS/d)是由材料的介电常数ξ0,ξr,电介质厚度d和比表面积S决定的。材料的介电常数ξ0,ξr是由材料本身的性质决定的，而厚度d的改变只能在很小的范围之内，那么只能通过增加比表面积S来提高电容量C [7]。
铝电解电容器特殊的制备工艺为其能量密度的提高提供了一种可能的途径，即通过改变传统的铝箔隧道腐蚀工艺来提高阳极铝箔的比表面积S[8-10]，从而提高铝电解电容器的电容量C。传统的铝电解电容器阳极铝箔的腐蚀工艺是将铝箔直接放入腐蚀液中进行电化学腐蚀，由于发孔地点的随机性，导致形成的隧道非常无序且大小不一致，最终导致电容量也无法控制，而且在隧道孔形成之后，后续的腐蚀还会造成铝箔较大的损失（总厚度损失可达10%）；我们可以利用PAA模板的有序结构来定向引导铝箔表面隧道孔的腐蚀，使铝箔形成的隧道孔更加有序、可控。
1.2 PAA模板的制备工艺
PAA模板是将铝箔放入磷酸、硫酸、草酸等酸性电解液中通过阳极氧化制成的。图1.1为PAA模板的结构示意图[11]。由图可知，PAA模板的主要结构为多孔层和阻挡层。其中多孔层位于铝箔的外表面，厚度相对于阻挡层较厚，一般可达几微米，孔径大小比较均匀，平行排布且与铝箔基体相垂直；阻挡层比较薄，一般只有几十纳米，但是由于阻挡层是一层致密的三氧化二铝，导致其电阻值非常大。