超级电容器用氧化钌及其复合材料的研究进展

超级电容器用氧化钌及其复合材料的研究进展

作者：徐艳，王本根，王清华，刘宏宇（国防科技大学航天与材料工程学院）主讲人：xxx2014年5月19日目录1234引言氧化钌材料的电容产生机理氧化钌材料的分类5氧化钌材料的制备氧化钌材料的实用化研究第一节：引言超级电容器分类双电层电容法拉第准电容

混合电容器按储能机理分类采用高比表面积活性碳的电容器的储能机理是基于碳电极/电解液界面上电荷分离所产生的双电层电容采用RuO2等贵金属氧化物或PPy等导电高分子聚合物作电极的电容器是在氧化物电极表面或在内部的二维或准二维空间发生的氧化还原反应而产生的吸附电容它采用碳材料、金属氧化物材料和导电高分子材料中的两种分别作两个电极，通常认为兼有双电层和法拉第准电容机理。第一节：引言重要性

美国能源部对制备大容量电容器提出了近期目标：1998～2003年，比能量为5.0Wh/kg，比功率为500W/kg；

远期目标：比能量为15.0Wh/kg，比功率为1500W/kg。而金属钌的氧化物是实现这个目标的一种重要候选电极材料。第二节：氧化钌材料的电容产生机理氧化钌材料超级电容器的作用机理如下：

以RuO2作电极,H2SO4为溶液的超级电容器的电容，产生机理主要是法拉第准电容。电极上发生的法拉第反应,被认为是通过在RuO2的微孔中发生可逆的电化学离子注入。方程式为：RuO2+xH++xe=RuO2-x(OH)x

法拉第准电容不仅发生在电极表面，而且可深入电极内部，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。第三节：氧化钌材料的分类

第三节：制备方法

第三节：制备方法

热分解制备

意大利G.A.Rizzi等人，将先驱体Ru3(CO)12沉积在TiO2表面上，在超真空度条件下，热分解法制取金属钌，然后再在空气中加热氧化，使其成为氧化钌；或直接在空气中加热先驱体沉淀，生成一定晶体取向的RuO2薄膜，经检测薄膜中氧化钌的形态是晶态。氧化钌材料的分类

溅射法

台湾的J.H.Huang等人，分别用直流溅射和射频溅射法，在硅基体表面沉积氧化钌，找出了膜性质的各种影响因素。指出膜电阻受结晶状态的影响最为显著。此外，气流中的氧含量、退火温度及时间对膜性质的影响也很大。氧化钌材料的分类

脉冲激光沉积

日本人MasahikoHiratani等，用脉冲激光沉积法，以248nm波长的受激准分子激光器，烧结氧化钌球作靶，将氧化钌沉积在Si和SiO2表面上，研究了沉积温度和氧气分压对氧化钌膜晶体结构和热力学稳定性的影响。氧化钌材料的分类

阴极电沉积法

克罗地亚的MarijanVukovic等人，用电化学石英晶体微平衡法，研究了电沉积氧化钌的形成过程以及沉积层的循环充放电稳定性。他们将(NH4)2RuCl6与HCl的混合溶液利用静电力使其沉降并分解，在不同电流密度下，制得不同厚度的薄膜。氧化钌材料的分类

阳极电沉积法

韩国人Bong-OkPark等，用阴极电沉积法由RuCl3溶液为先驱体，用铂片作阳极，在阴极Ti表面上沉积了水合二氧化钌，控制膜厚在0.0014g/cm2时，最大比容达到788F/g。氧化钌材料的分类

循环伏安沉积法

台湾的Chi-ChangHu等，将氯化物先驱体分散在水溶液中，陈化一段时间，经预热，调节溶液的pH值，将清洁基体浸入其中，通入循环电流，基体表面生成无定形的水合二氧化钌。氧化钌材料的分类

胶体法

一般来说是将酸性先驱体钌化物分散在水或醇溶液中，通过碱性试剂调节溶液pH值至中性，静止陈化，离心分离，得到氧化物沉淀，该方法得到的粉体颗粒较大，但清华大学的王晓峰等报道，用NH4HCO3作碱性调节试剂，可以减小粉体的粒度至超细粉级。氧化钌材料的分类

sol-gel法

首先制备有机金属钌盐先驱体，然后将有机钌盐分散于水或醇介质中，得到湿溶胶，在湿凝胶形成后，可采用涂覆、混合、干燥、烧结等各种操作，制作无定形氧化钌的薄膜、粉体、凝胶体等各种形态。

台湾的Hu等人，最近用该方法，在不锈钢网状基体上，用金与水合二氧化钌复合材料制成的电极材料，比容量达到1580F/g，接近理论值。第五节：氧化钌材料的实用化研究

氧化钌材料虽然性能优异，但其资源较为紧缺，且价格昂贵，因此，各国都在寻求减低其成本的途径。目前主要通过以下方法来进行实用化：1、寻求廉价替代品位于元素周期表的过渡金属区域元素的氧化物都可具有与氧