超級電容器用氧化釕及其復(fù)合材料的研究進展

超級電容器用氧化釕及其復(fù)合材料的研究進展

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理分類采用高比表面積活性碳的電容器的儲能機理是基于碳電極/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)生機理氧化釕材料超級電容器的作用機理如下：

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

首先制備有機金屬釕鹽先驅(qū)體，然后將有機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行實用化：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