超級電容器用氧化釕及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展

超級電容器用氧化釕及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展

作者：徐艷，王本根，王清華，劉宏宇（國防科技大學(xué)航天與材料工程學(xué)院）主講人：xxx2014年5月19日目錄1234引言氧化釕材料的電容產(chǎn)生機(jī)理氧化釕材料的分類5氧化釕材料的制備氧化釕材料的實(shí)用化研究第一節(jié)：引言超級電容器分類雙電層電容法拉第準(zhǔn)電容

混合電容器按儲能機(jī)理分類采用高比表面積活性碳的電容器的儲能機(jī)理是基于碳電極/電解液界面上電荷分離所產(chǎn)生的雙電層電容采用RuO2等貴金屬氧化物或PPy等導(dǎo)電高分子聚合物作電極的電容器是在氧化物電極表面或在內(nèi)部的二維或準(zhǔn)二維空間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的吸附電容它采用碳材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電高分子材料中的兩種分別作兩個電極，通常認(rèn)為兼有雙電層和法拉第準(zhǔn)電容機(jī)理。第一節(jié)：引言重要性

美國能源部對制備大容量電容器提出了近期目標(biāo)：1998～2003年，比能量為5.0Wh/kg，比功率為500W/kg；

遠(yuǎn)期目標(biāo)：比能量為15.0Wh/kg，比功率為1500W/kg。而金屬釕的氧化物是實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的一種重要候選電極材料。第二節(jié)：氧化釕材料的電容產(chǎn)生機(jī)理氧化釕材料超級電容器的作用機(jī)理如下：

以RuO2作電極,H2SO4為溶液的超級電容器的電容，產(chǎn)生機(jī)理主要是法拉第準(zhǔn)電容。電極上發(fā)生的法拉第反應(yīng),被認(rèn)為是通過在RuO2的微孔中發(fā)生可逆的電化學(xué)離子注入。方程式為：RuO2+xH++xe=RuO2-x(OH)x

法拉第準(zhǔn)電容不僅發(fā)生在電極表面，而且可深入電極內(nèi)部，因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和能量密度。第三節(jié)：氧化釕材料的分類

第三節(jié)：制備方法

第三節(jié)：制備方法

熱分解制備

意大利G.A.Rizzi等人，將先驅(qū)體Ru3(CO)12沉積在TiO2表面上，在超真空度條件下，熱分解法制取金屬釕，然后再在空氣中加熱氧化，使其成為氧化釕；或直接在空氣中加熱先驅(qū)體沉淀，生成一定晶體取向的RuO2薄膜，經(jīng)檢測薄膜中氧化釕的形態(tài)是晶態(tài)。氧化釕材料的分類

濺射法

臺灣的J.H.Huang等人，分別用直流濺射和射頻濺射法，在硅基體表面沉積氧化釕，找出了膜性質(zhì)的各種影響因素。指出膜電阻受結(jié)晶狀態(tài)的影響最為顯著。此外，氣流中的氧含量、退火溫度及時間對膜性質(zhì)的影響也很大。氧化釕材料的分類

脈沖激光沉積

日本人MasahikoHiratani等，用脈沖激光沉積法，以248nm波長的受激準(zhǔn)分子激光器，燒結(jié)氧化釕球作靶，將氧化釕沉積在Si和SiO2表面上，研究了沉積溫度和氧氣分壓對氧化釕膜晶體結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)穩(wěn)定性的影響。氧化釕材料的分類

陰極電沉積法

克羅地亞的MarijanVukovic等人，用電化學(xué)石英晶體微平衡法，研究了電沉積氧化釕的形成過程以及沉積層的循環(huán)充放電穩(wěn)定性。他們將(NH4)2RuCl6與HCl的混合溶液利用靜電力使其沉降并分解，在不同電流密度下，制得不同厚度的薄膜。氧化釕材料的分類

陽極電沉積法

韓國人Bong-OkPark等，用陰極電沉積法由RuCl3溶液為先驅(qū)體，用鉑片作陽極，在陰極Ti表面上沉積了水合二氧化釕，控制膜厚在0.0014g/cm2時，最大比容達(dá)到788F/g。氧化釕材料的分類

循環(huán)伏安沉積法

臺灣的Chi-ChangHu等，將氯化物先驅(qū)體分散在水溶液中，陳化一段時間，經(jīng)預(yù)熱，調(diào)節(jié)溶液的pH值，將清潔基體浸入其中，通入循環(huán)電流，基體表面生成無定形的水合二氧化釕。氧化釕材料的分類

膠體法

一般來說是將酸性先驅(qū)體釕化物分散在水或醇溶液中，通過堿性試劑調(diào)節(jié)溶液pH值至中性，靜止陳化，離心分離，得到氧化物沉淀，該方法得到的粉體顆粒較大，但清華大學(xué)的王曉峰等報道，用NH4HCO3作堿性調(diào)節(jié)試劑，可以減小粉體的粒度至超細(xì)粉級。氧化釕材料的分類

sol-gel法

首先制備有機(jī)金屬釕鹽先驅(qū)體，然后將有機(jī)釕鹽分散于水或醇介質(zhì)中，得到濕溶膠，在濕凝膠形成后，可采用涂覆、混合、干燥、燒結(jié)等各種操作，制作無定形氧化釕的薄膜、粉體、凝膠體等各種形態(tài)。

臺灣的Hu等人，最近用該方法，在不銹鋼網(wǎng)狀基體上，用金與水合二氧化釕復(fù)合材料制成的電極材料，比容量達(dá)到1580F/g，接近理論值。第五節(jié)：氧化釕材料的實(shí)用化研究

氧化釕材料雖然性能優(yōu)異，但其資源較為緊缺，且價格昂貴，因此，各國都在尋求減低其成本的途徑。目前主要通過以下方法來進(jìn)行實(shí)用化：1、尋求廉價替代品位于元素周期表的過渡金屬區(qū)域元素的氧化物都可具有與氧