成分配比对Ti/IrO2-Ta2O5电极电容性能影响

摘要：采用低温热分解法制备了Ti基IrO2-Ta2O5氧化物涂层电极。通过X射线衍射(XRD),循环伏安曲线,交流阻抗谱,恒流充放电等测试方法分析了Ta含量对IrO2-Ta2O5氧化物涂层组织结构及电容性能的影响。结果表明,Ta2O5可抑制IrO2的晶化程度。随涂层中Ta含量增加,晶化度降低。当Ta含量为60mol%时,IrO2-Ta2O5电极的结晶度为6.4%,具有较小的电荷转移电阻和最高的比电容（239.2F/g）,比IrO2电极比电容(54.1F/g)提高了近4倍。     

成分配比对RuO2-Ta2O5二元氧化物电容性能的影响

采用热分解法制备了不同Ru/Ta配比的Ti/RuO2-Ta2O5二元混合氧化物电极材料。采用X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)及恒流充放电测试分析了Ti/RuO2-Ta2O5电极的组织结构、伏安特性和恒流充放电性能。结果表明,随氧化钽含量的升高,RuO2-Ta2O5涂层的结晶程度逐渐下降,当Ta2O5含量≥70mol%时,RuO2-Ta2O5混合氧化物完全以非晶态结构存在。Ti/RuO2-Ta2O5电极的比电容随Ta2O5含量的增加呈现先增后减的变化趋势。在Ta2O5含量为70mol%时,电极具有较好的超电容性能,比电容达到621.2F·g-1。     

Ta含量对Ti/IrO_2-Ta_2O_5电极电容性能影响

采用低温热分解法制备了Ti基IrO_2-Ta_2O_5氧化物涂层电极。通过X射线衍射(XRD),循环伏安曲线,交流阻抗谱,恒流充放电等测试方法分析了Ta含量对IrO_2-Ta_2O_5氧化物涂层组织结构及电容性能的影响。结果表明,Ta_2O_5可抑制IrO_2的晶化程度。随涂层中Ta含量增加,晶化度降低。当Ta含量为60 mol%时,IrO_2-Ta_2O_5电极的结晶度为6.4%,具有较小的电荷转移电阻和最高的比电容(239.2 F/g),比IrO_2电极比电容(54.1 F/g)提高了近4倍。     

Ti/Ir0.4Sn0.6O2电极材料的电容性能

为了得到高比电容的电极材料,采用热分解法制备了不同温度下Ti/Ir0.4Sn0.6O2电极材料。运用X射线衍射(XRD)、差热分析、扫描电镜(SEM)和循环伏安法(CV)分别测试了该材料的晶体结构、表面形貌和电化学特性。结果表明:涂层的晶化温度高于360℃。320℃退火的电极表面有很多白色小颗粒析出,其活性氧化物较多。比电容受热处理影响较大,在280℃时电容值很小,可逆性低,320℃退火的电极比电容为454 F/g。该电极随着充放电循环次数的增加,比电容增加,经过9000次循环后,比电容才开始下降,经历10000次循环充放电后的比电容为493 F/g,比未经循环时还大10%。     

涂覆载量对IrO2-CeO2-G/Ti电极组织结构和电容性能的影响

采用热分解法制备了新型IrO2-CeO2-G/Ti复合电极。采用SEM、TEM、XRD和XPS等测试手段分别对不同IrO2含量的电极进行表征。采用循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗谱法对电极的电化学行为进行研究。结果表明,IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2 的电极具有最大的比电容值459.5 F/g。在5mA/cm2电流密度下,经5000次充放电循环后IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2电极比电容仍能保持97.8%。该种复合电极材料因其独特的元素组成和良好的赝电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。     

热分解法制备RuO2-IrO2/Ta超级电容器薄膜电极材料研究

用溶液涂刷热解法制备了RuO2-IrO2/Ta超级电容器薄膜电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对薄膜电极材料的结构和形貌的分析表明制备的电极材料具有纳米尺度和多孔结构。热分析表明(RuO2-IrO2).nH2O/Ta的结晶转化温度约为327℃。在频率为100 Hz时经320℃/30 min处理涂刷5层的热分解法制备的电极在浓度为37%的硫酸溶液中获得最大电容为55mF/143 mm2。     

RuO_2·nH_2O薄膜的制备以及物相演变和伏安特性

以RuCl3·3H2O水溶液为电沉积液,采用直流-示差脉冲组合电沉积技术,通过后续热处理工艺制备超级电容器用钽基RuO2·nH2O薄膜电极材料。用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、差热分析仪(DTA)、扫描电镜(SEM)和电化学分析仪,研究前驱体RuCl3·cH2O转化为RuO2·nH2O的物相演变行为以及微观组织形貌和循环伏安性能。结果表明:随着热处理温度升高,前驱体RuCl3·cH2O通过4步反应转变成RuO2·nH2O薄膜;该薄膜经历从无定形向晶体结构的转变。经300℃热处理的RuO2·nH2O薄膜电极材料的单位面积质量为2.5mg/cm2,比电容达到512F/g;当电压扫描速率从5mV/s增加到250mV/s时,其比电容下降34%。     

IrO2-SnO2涂层电极材料的电容性能研究

通过热分解法在Ti基体上制备了不同Sn含量的IrO2-SnO2涂层。采用循环伏安(CV),恒流充放电和透射电镜(TEM)等测试方法分析了涂层的电容性能和组织结构的关系。结果表明,所制备的IrO2-SnO2涂层电极的比电容随Sn含量的增加呈先增后减的变化,电极材料的可逆性和快速充放电性能逐渐得到改善。在Sn含量为70mol%时,有最大的比电容值485.07F/g。该涂层以非晶态结构为主,其中含有尺寸分布均匀,大小约1nm的微晶,增大了活性点的面积,比纯IrO2电极的比电容提高了7.5倍。     

电解液对Ti/RuO_2-TiO_2电极电容性能的影响

采用热分解法在270℃制备钛基RuO_2-TiO_2氧化物涂层电极材料。利用循环伏安、电化学阻抗谱等方法研究Ti/RuO_2-TiO_2电极分别在0.5 mol/L H_2SO_4、0.5 mol/L Na_2SO_4和1.0 mol/L NaOH电解液中的超电容行为。结果表明:在酸性溶液和碱性溶液中Ti/RuO_2-TiO_2电极有较低的电荷转移电阻和优异的赝电容特性,比电容分别达到550 F/g和578 F/g;而在Na_2SO_4溶液中,该电极的电荷转移电阻较高,表现为典型的双电层电容特征,比电容仅为335 F/g;经历2000次循环充放电测试后,该电极在中性Na_2SO_4溶液中的稳定性最高,荷电能力仅下降3%;在酸性H_2SO_4溶液和碱性NaOH溶液中,该电极的荷电能力分别下降17%和29%。结合SEM和能谱分析可知:RuO_2-TiO_2在Na_2SO_4溶液中几乎不发生腐蚀,表现出良好的循环稳定性;RuO_2-TiO_2涂层在NaOH溶液中发生严重的面腐蚀,而在H_2SO_4溶液中则发生严重的点蚀,导致活性氧化物减少,荷电能力下降。     

退火温度对Ti/IrO_2-Ta_2O_5电极的结构和电容性能的影响

采用热分解法在Ti基体上制备了Ti/IrO_2-Ta_2O_5氧化物电极涂层。采用X射线衍射、循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法对其组织结构和电化学性能之间的关系进行了详细研究。结果表明:温度低于350℃的电极以非晶态的形式存在,当温度为370℃时,金红石衍射峰出现,说明在350~370℃范围为电极的临界结晶温度区间。370℃下制备的电极具有最大的积分电量,电量损失率最小,比电容达到最大值,为239.2 F/g。随温度升高,电荷转移电阻R_(ct)总体呈下降趋势。     

退火温度对IrO_2+ZrO_2涂层结构和电容性能的影响

采用热分解法在Ti基上被覆了IrO_2+ZrO_2氧化物涂层。通过XRD、SEM、EDX、XPS和循环伏安法等分析了退火温度对IrO_2-ZrO_2二元氧化物涂层的物相、表面形貌和电容性能的影响,引用非线性方程q~*(v)=A_1exp~(-v/t_1)+A_2exp~(-v/t_2)+y_0计算了涂层的内外活性点。结果表明:IrO_2-ZrO_2涂层的临界晶化温度为340~360℃,340℃退火的涂层物相为非晶结构,360℃退火,含有晶态和非晶态2种结构组织,其离子价态为Ir~(3+)、Ir~(4+)以及过饱和IrO_(2+x)(x0)。电容性能随着温度的升高呈先增大后减小变化,360℃退火的电极有最大的电容值,与其"非晶态/晶态"两相共存组织结构有关。涂层中质子迁移能力比电子导电能力对电容的影响要大,扫描速度对质子迁移的影响大于对电子导电的影响。     

Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2纳米氧化物阳极的研究

采用Pechini方法制备不同Sn含量的Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2纳米氧化物阳极,并运用SEM、EDX、XRD等分析手段和析氧电位、循环伏安、强化电解等方法对阳极的表面形貌、微观结构和电化学性能进行研究。结果表明,制备的氧化物涂层由(IrSn)O2固溶体和非晶态的Ta2O5构成,组成与名义成分基本一致。随着Sn含量的增加,氧化物涂层表面裂纹增多。Sn的加入使Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2氧化物阳极的析氧电位升高,稳定性降低。     

掺锡氧化钌超级电容器薄膜电极的研制

采用直流-示差脉冲组合电沉积技术,以(Ru-Sn)Clx水溶液为沉积液,通过后续热处理工艺制备超级电容器用钽基(Ru-Sn)O2·nH2O薄膜电极材料。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)和电化学分析仪,研究前驱体(Ru-Sn)Clx转化为(Ru-Sn)O2·nH2O的物相演变及其微观形貌和电容性能。结果表明:合适的热处理工艺能使前驱体(Ru-Sn)Clx转化为(Ru-Sn)O2·nH2O薄膜,提高薄膜与钽基体的附着力(达到12.3MPa);在溶液中加入SnCl2能改善薄膜内部的结合力;随着SnCl2含量的增加,薄膜单位面积的质量增加;薄膜单位面积的电容量先升高后降低,最大值为1.9F/cm2;而比电容则呈现单调下降趋势。     

La掺杂的SnO2-Sb中间层对钛基IrO2+Ta2O5电极性能的影响

目的改善Ti/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化性能。方法用热分解法在钛基材上制备了La掺杂的SnO_2-Sb中间层,并以此作为基体涂覆IrO_2+Ta_2O_5活性层,制备了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射能谱(EDS)及X-射线衍射光谱(XRD)技术分别分析了中间层和活性层的表面形貌、元素组成及晶相结构。采用线性扫描伏安曲线(LSV)和强化寿命测试方法在硫酸溶液中分别研究了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化活性和使用稳定性。同时,考察了La的掺杂比例对Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5电极强化寿命的影响。结果相对未掺杂La的中间层,掺杂La后的中间层表面裂纹减少,有更高的析氧过电位和更低的析氧电流密度。La掺杂对活性层的表面形貌和晶相结构基本没有影响,但电极的析氧电流密度有所提高。通过测试不同La掺杂比例涂层电极的强化寿命,发现La最佳掺杂比例为nLa:nSn=0.5:100。和未掺杂La涂层相比,La最佳掺杂比例涂层电极的强化寿命提高了22.8%。结论相对于未掺杂的Ti/SnO_2-Sb/IrO_2+Ta_2O_5电极,La掺杂后的Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极析氧电催化活性和强化寿命都得到改善。     

添加纳米IrO_2的新型涂层IrO_2-Ta_2O_5钛阳极的制备及性能

以纳米IrO2晶粒部分取代H2IrCl6分散于前躯体溶液中,以此改进工艺制备一种Ir和Ta的摩尔比为7-3的IrO2-Ta2O5涂层钛阳极,通过XRD和SEM分析所制备钛阳极表面涂层的物相组成和形貌特征,采用析O2极化曲线、循环伏安和强化寿命测试方法分别研究电极的电催化性能与稳定性。结果表明:在纳米种子嵌入电极涂层中存在的物相分别为IrO2基固溶体(Ir,Ta)O2和IrO2;与采用传统方法制备的电极相比,含纳米种子嵌入结构涂层的钛阳极具有更优越的电催化活性和耐蚀性。     

Al2O3对等离子喷涂Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2复合陶瓷涂层性能影响研究

目的研究Al_2O_3添加量对Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层性能的影响。方法采用等离子喷涂技术在油气管道X80管线钢基体表面制备出具有不同Al_2O_3含量的四元复合陶瓷涂层。另外,为探究基体温度对涂层性能的影响,所有涂层均在等离子喷枪预热及室温的两种基体上制备。所制涂层的气孔率、硬度、结合力及电化学腐蚀性能分别采用煮沸称重法、维氏硬度计、划痕仪、电化学工作站进行检测,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析不同Al_2O_3含量涂层的物相组成和形貌特征,研究Al_2O_3含量对涂层各性能的影响。结果随着Al_2O_3含量的增加,Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层的气孔率呈现先降低后增加的趋势,相对应的四元复合陶瓷涂层的结合力、维氏硬度则先增加后降低。当Al_2O_3质量分数为60%时,四元复合陶瓷涂层的性能最优,气孔率为3.6%,硬度为824.6HV,结合力为53.8N。电化学腐蚀测试表明,Al_2O_3能增强涂层的耐腐蚀性能,Al_2O_3质量分数为60%时,涂层自腐蚀电位最高,为-0.28 V。另外,在基体预热和不预热条件下,所制涂层性能随Al_2O_3含量的变化一致,但是基体预热比不预热更有利于涂层性能的提高。结论 Al_2O_3的添加不仅能够有效降低涂层Cr含量,还能显著提升四元复合陶瓷涂层的各项性能,特别是耐腐蚀性。此外,等离子喷涂前对基体进行预热,有利于涂层性能提高。