钛基RuO2-Ta2O5涂层电极材料的电容性能分析

采用热分解方法在钛基体上制备了(36%)RuO2-(64%)Ta2O5混合氧化物涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)以及恒流充放电测试研究了涂层电极的组织结构、表面形貌以及电容性能。结果表明:(36%)RuO2-(64%)Ta2O5涂层以非晶氧化物为基体,带有少量纳米微晶RuO2的组织结构。在酸性溶液中,在50～900 mV/s的扫描速度下,Ti/(36%)RuO2-(64%)Ta2O5涂层电极的伏安曲线都具有近似矩形形状,表现出良好的电容特性和功率特性。以5 mA/cm2和10 mA/cm2放电,比电容分别为525.5 F/g和495.1 F/g。在经历2000次循环充放电后,电极的电荷储存能力仍未衰减,显示其优异的循环稳定性。     

烧结温度对RuO2-IrO2-TiO2/Ti氧化物涂层阳极性能的影响

采用Pechini法制备了不同烧结温度的RuO2-IrO2-TiO2/Ti阳极,通过SEM、AFM、EDX、XRD、极化曲线、循环伏安曲线及强化电解寿命试验等测试手段,研究了烧结温度对RuO2-IrO2-TiO2/Ti阳极微观结构和电催化性能的影响。结果表明:烧结温度对RuO2-IrO2-TiO2/Ti阳极的表面形貌有很大的影响;随着烧结温度的升高,阳极析氯活性呈先增加后减小的趋势,而电催化活性呈现相反的趋势;550℃下所得的RuO2-IrO2-TiO2/Ti阳极表现出最高的强化电解寿命。     

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%。     

用于超级电容器电极材料的MoS2/CoS2二元复合材料

采用"一步水热法"合成了不同原料配比的MoS2/CoS2二元复合材料,并研究了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。研究结果显示,当原料中Mo:Co (摩尔比)=2:1时,该复合材料具有最优的循环稳定性能和最高的比电容,在2 mV/s扫描速度下,比电容为549 F/g;或1A/g电流密度下,比电容为434 F/g。微观结构分析表明,该复合材料主要由八面体形状的CoS2和花状的MoS2组成。综合分析可知,优异的电化学性能主要归因于2种组元材料的协同效应、大的比表面积以及可调控的组分含量等因素。     

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。     

热处理对超级电容器MnO2电极电化学性能的影响

采用阳极电沉积法制备MnO2粉末,并在不同温度(200～450℃)下对MnO2热处理,通过XRD分析热处理温度对MnO2粉末物相结构的影响,采用循环伏安法、恒流充放电法测试热处理温度对MnO2电极电化学性能的影响。结果表明:随着温度的升高,MnO2由原始的γ-MnO2逐渐变为β-MnO2,MnO2电极的比容量先增加后减小;当温度为300℃时,MnO2电极的比容量达到最高,在0.5 mol/L Na2SO4溶液中循环伏安扫描速度为10 mV.s-1条件下,电极比容量为156 F.g-1,且此时电极的稳定性良好,在10000个循环充放电内MnO2电极比容量几乎无衰减。     

超级电容器金属氧化物电极材料研究进展

金属氧化物电极兼有双电层电容和10～100倍双电层电容的准电容,其比容量远远大于活性炭材料表面的双电层电容,而且使用寿命长(循环次数105～106),维护简单,是一种新型、高效、实用的能量存储装置,引起研究者的广泛兴趣.综述了超级电容器用金属氧化物电极材料(RuO2、MnO2、Co3O4和NiO)及复合型氧化物电极材料的储能原理、制备和性能的研究现状,并且展望了超级电容器金属氧化物电极材料当前热点研究领域和发展前景.     

Ti/IrO2+MnO2电极在酸性溶液中的析氧反应动力学研究

采用涂覆热分解法制备Ti/IrO₂+MnO₂复合电极,利用慢速线性电位扫描伏安法测试Ti/IrO₂+MnO₂电极的准稳态极化曲线并深入地研究析氧反应动力学,得到了相关动力学参数、反应历程及速度控制步骤。通过分析经欧姆电压降修正的Tafel曲线,较好地解释了Tafel直线区域的双斜率现象,基于此提出析氧反应动力学方程并进行数学推导,较好地符合实验结果。实验所得氢离子反应级数约为零,低电位区与高电位区的表观活化能分别为30.31和13.64 kJ/mol,进一步证明该数学模型的正确性。     

模板法制备超级电容器中孔炭电极材料

以硅溶胶为模板剂、以葡萄糖为炭源,采用模板法制备了超级电容器中孔炭电极材料(SMC).采用液氮吸附等温线对其孔结构进行了表征,考察了其在有机非水Et4NBF4/PC电解液中的电容特性和倍率性能,采用交流阻抗法测试了其频率响应特性,并与商品化微孔活性炭进行了比较.结果表明:模板法制得的中孔炭的最可几孔径分布集中在6.3和19.0 nm,呈双峰分布,与商品化微孔活性炭相比,由于SMC孔径更大而具有更优异的频率响应特性和倍率性能.     

烧结温度对热分解制备的RuO2电容性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、恒流充放电和电化学表面分析研究了热处理温度对Ti/RuO2电极结构和电容性能的影响。XRD分析结果表明,Ti/RuO2电极的晶化程度随制备温度的升高而逐渐提高;恒流充放电、功率-密度特性和电化学表面分析结果表明,电极的比电容随制备温度提高先增大后减小,在临界晶化温度附近300℃制备的Ti/RuO2电极拥有最高的比电容、能量密度和功率密度。     

IrO2-MnO2中间层Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极制备及性能

通过热分解法制备了含IrO2-MnO2中间层Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极,采用SEM、EDX、XRD、CV等检测方法对中间层进行表征,同时采用强化加速寿命试验对电极电化学稳定性进行表征。结果表明:450℃时前躯体完全氧化并形成固溶体,制备的中间层晶粒细小,表面结构致密,电化学孔隙率小。添加中间层使Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极强化寿命由未加中间层的7.5h提高到995.8h,远高于国家标准20h。     

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。     

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。     

TiN基IrO2＋Ta2O5涂层电催化性能研究

采用热分解法制备了一种以离子镀TiN膜为基体的IrO2＋Ta2O5涂层电极，通过极化曲线、循环伏安、电化学阻抗谱等电化学方法并结合扫描电镜、X射线能谱和X射线衍射研究了涂层的析氧电催化活性，并对460℃制备的涂层进行强化寿命实验。结果表明：涂层呈多孔、多裂纹的显微结构和多层电化学结构；制备温度对涂层表面形貌和电催化活性影响很大；该涂层阳极在保持了高电催化活性的同时，其使用寿命高于传统Ti基阳极，说明TiN作为此类催化电极的载体是可行的。     

活性氧化物RuO2和IrO2结构的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的局域密度近似(Local Density Approximation,LDA)和广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation,GGA)方法,对金红石型RuO2和IrO2的结构进行了计算,获得了体模量、晶胞体积和键长等数据,分析了它们与实验数据的不同原因。结果表明:采用GGA和LDA获得的数据与状态方程式拟合很好,采用LDA计算的稳定状态下的系统形成能E0(绝对值)高于GGA计算的结果,而对超胞体积V0,则是LDA的计算结果小于GGA。两种方法计算出来的体积弹性模量相差将近50 GPa。采用LDA获得的体积弹性模量、晶胞体积、晶体参数和键长均优于GGA计算的结果。引入热膨胀系数对RuO2和IrO2晶胞体积的LDA的计算结果进行修正,可以得到与实验值非常接近的结果。     

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。     

制备方法对钌铱氧化物涂层析氯性能的影响

采用热分解法和Pechini法制备了RuO2-IrO2/Ti涂层。用XRD和电化学测试方法研究了制备方法对RuO2-IrO2/Ti涂层的组织和析氯性能的影响。结果表明,添加Ir组元后,涂层为RuO2和IrO2组成的金红石相,无单质Ru。当涂层含30%Ir时,涂层的综合性能最好,电量q＊达498.9 mC.cm-2。Pechini法制备的RuO2-IrO2/Ti涂层的析氯活性比热分解法制备的涂层好。     

十二烷基硫酸钠对IrO2-Ta2O5/SnO2- Sb-Mn/Ti电极电催化性能影响

采用涂刷-热分解法制备不同浓度阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的IrO2-Ta2O5/SnO2- Sb-MnO2/Ti电极,通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对其微观形貌及物相组成进行分析;应用循环伏安、极化等测试手段,表征制备电极的电催化活性.结果表明,适量添加十二烷基硫酸钠能够改善IrO2-Ta2O5/SnO2-Sb-Mn/Ti电极的微观形貌,提高电催化活性.在本实验条件下,SDS最佳添加量是1.6 g/L,结晶化度高达99.83%.利用苯酚电催化降解实验和强化寿命测试进一步考察所制电极的电催化活性与稳定性,结果显示,在电流密度15 mA/cm2条件下电解180 min,SDS的加入使苯酚去除率由原来的68.5%提高到79.2%.COD去除率由60.1%提高到 67.5%,电催化性能得到提升,电极强化寿命由52 h延长至68 h.