氧化钌／活性炭超级电容器电极材料的研制

文描述了一种氧化钌／活性炭复合电极材料的制备方法，并对不同条件下制备的材料的循环伏安特性、交流阻抗特性进行了比较。使用该复合材料组装的模拟电化学超级电容器单电极比容量达到359F／g，远高于普通活性炭材料。与氧化钌电极材料相比，氧化钌／活性炭复合材料的高功率放电特性则有了明显的提高。     

纳米氧化钌的制备及其碳纳米管复合电极的超电容特性

利用氯化钌和碳酸氢钠为反应前驱体,采用溶胶凝胶方法制备了粒径小于70nm的超细氧化钌电极材料。将材料在210℃下加热烧结处理后,材料具有良好的表面特性和最大电化学比容量541F·g-1。当烧结温度在250℃以上时,氧化钌材料明显晶化,同时材料比容量迅速降低。伏安特性测试表明以碳纳米管作为基体制备复合电极可以显著改善氧化钌的容量特性,其中碳纳米管质量分数为20%的复合电极其比容量可以达到860F·g-1。恒流充放电测试证明氧化钌/碳纳米管复合电极组成的超电容器具有良好的大电流放电特性。还综合采用扫描电子显微镜、X射线衍射、热失重分析等手段探讨了烧结温度对氧化钌材料的表面特性、材料结构以及电化学特性的影响。     

羧基氧化钌薄膜的热分解机理及其伏安性能

以RuCl3·3H3O异丙醇溶液为前驱体,采用原位分解法制备了超级电容器用羧基氧化钌薄膜.借助X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、电化学分析仪和扫描电镜等手段,研究了薄膜的热分解机理及其电容性能和微观形貌.结果表明:随温度升高,RuCl3·3H3O异丙醇溶液经历了先复合再分解的物相演变的过程之后才生成羧基氧化钌薄膜.羧基对薄膜的性能有重要影响,薄膜经300℃保温2 h处理后比电容达728 F·g-1,1000次充放电循环后保持在99.47%,附着力达24.56 MPa.     

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.     

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。     

N掺杂石墨化纳米金刚石超级电容器电极材料性能

为探索制备高能量密度和高循环性能的超级电容器材料,将三聚氰胺与石墨化纳米金刚石(graphitized nano diamond,GND)混合物在N₂气氛中高温处理,制备表面N掺杂吸附的核壳纳米复合粒子(nitrogen doped GND,N-GND)。由拉曼光谱和X射线衍射分析可知:N原子掺入石墨层中,在一定程度上增加其缺陷, 且不改变其晶体结构。由透射电镜分析可知:N掺杂引起GND周围石墨层出现蜷曲形状。对N-GND粉末电极进行电化学性能测试,结果表明:在扫速为5 mV/s时,电极比电容高达206.7 F/g;在对称两电极体系下的恒流充放电测试中,在电流密度为0.4 A/g时,N-GND的比电容达到198.7 F/g;在50 mV/s的扫描速度下,经2 000圈循环伏安测试后,比电容仅衰减4.23%,表现出优异的循环稳定性。以N-GND作为新型超级电容器电极材料,掺杂吸附的石墨壳层赋予其良好的导电性,GND芯部具有高热稳定性及化学稳定性,可避免传统石墨烯叠聚问题并构造可控的介孔通道,同时N掺杂吸附可提高其电容性能。      

超级电容器氧化锰电极电容特性研究

利用高锰酸钾和硫酸锰溶液之间的化学共沉淀法制备出氧化锰作为超级电容器的活性电极材料。通过循环伏安法和恒流充放电法,研究了不同热处理温度获得的氧化锰电极,不同循环次数以及不同放电电流条件下,在1mol／LNa2SO4水溶液中的电容特性。结果表明,经低温处理的氧化锰在电位窗口为-0．2～ 0．8V(VSSCE)范围内,表现出典型的电容行为。其中经45℃和80℃处理的氧化锰在放电电流为7．32mA／cm^2条件下,比容量分别为147．97F／g和112．26F／g。80℃处理的氧化锰电极循环性能较好。     

混合电容器多孔氧化钌阴极涂层的制备与表征

采用电沉积方法制备了混合电容器钽基多孔氧化钌阴极涂层材料,探讨了电沉积过程中电沉积液的pH值随电沉积时间的变化关系,研究了电沉积时间对氧化钌沉积质量的影响.用X射线衍射和扫描电镜分别表征了热处理前后的涂层结构及涂层的多孔形貌,用循环伏安法测量了涂层的电容,并研究了热处理温度对电容量大小及其稳定性的影响.结果表明:电沉积的氧化钌为非晶态,涂层为纳米多孔结构;热处理有利于涂层孔隙结构及大小的均匀性,不同温度的热处理使涂层具有不同的电容,经热处理后涂层的电容稳定;经100℃热处理1 h后的多孔氧化钌涂层具有最大的比电容.     

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。     

超级电容器水合氧化锡电极材料的水解沉淀法制备

采用化学沉淀法在低温下制备SnO2?xH2O电极材料,经过不同温度的焙烧,将得到的不同样品的SnO2?xH2O电极材料经X粉末衍射（XRD）,透射电子显微镜（TEM）,测试表明SnO2?xH2O电极材料为金红石结构和粉末形貌,热失重测试分析(TGA)表明随着SnO2?xH2O电极材料焙烧的温度的升高,焙烧后含水量降低。在0.5M H2SO4溶液中和电位范围0-0.9V（vs Hg/HgCl）内,通过循环伏安法,循环寿命和恒流充放电的电化学测试表明在200℃温度下焙烧的SnO2?xH2O电极材料在5 mV s-1扫描速率下的比电容在36.1 F g-1,经过2000次循环后对比首次循比容量减少了的2%,这些结果表明用化学沉淀法制备的SnO2?xH2O应用在超级电容器中是性能比较好的电极材料。     

中国科学院成功研制出氧化钛“光开关”材料

采用循环伏安电沉积技术在钛基上获得水合氧化钌(RuOx·nH2O),其比容量为105F/g。通过电化学测试(循环伏安、恒电流充放电)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了沉积物的电化学性质、物相及组成。结果表明:电沉积法获得的水合氧化钌呈非晶态结构,它由多氧化态钌混合羟基氧化物组成。在1.0mol·L-1H2SO4溶液中,该氧化物呈准电容特征,有较高电化学可逆性,可用作电化学电容器电极材料。     

Synthesis of Amorphous Hydrous Ruthenium Dioxide for Electrochemical Capacitors

采用改性的中和反应及热处理工艺合成了电化学电容器用无定形水合二氧化钌材料（RuO2·xH2O）,并以高导电性石墨板作集流体,研究了合成材料的电化学性能。实验中,以自制的喷雾装置和十二烷基磺酸钠（SDS）分别作为反应辅助分散技术和表面分散剂。结果表明,合成材料的前驱体经175 ℃处理后,可获得大比表面积（218 m2/g）、蓬松状、深黑色无定形的高性能电极材料。循环伏安实验（CV）结果表明,该合成材料具有较好的比电容（995 F/g at 1mV/s）和倍率特性;电化学交流阻抗（EIS）实验进一步证明了该材料具有较低的等效串联内阻（～25 mΩ）,同时验证了材料的倍率特性良好。合成材料有望在国防及民用领域电化学电容器中得到潜在应用     

溶胶-凝胶法制备水合氧化铝粉体

以异丙醇铝为原料采用溶胶-凝胶技术制备水合氧化铝粉体,通过TEM、XRD和IR等手段表征水合氧化铝粉体,研究了异丙醇铝与水的摩尔比(简称R)和水解温度对水合氧化铝粉体特性的影响规律.结果表明,R值对水合氧化铝的尺寸和形貌影响很大.当R为1:1或1:50时水合氧化铝粉体为无定形,且团聚严重;当R值为1:3时,水合氧化铝粉体结晶度高且具有好的分散性.当R值一定时,水解温度80℃比60℃更有利于异丙醇铝的水解.     

氢还原重量法测定三氯化钌中Ru含量

系统地研究了通氢还原重量法测定三氯化钌中钌含量的分析方法.确定了分析过程中的最佳分析条件,并与其它方法对同一样品的分析结果作比较.结果表明,本法具有准确度高、回收率好、操作简便、易于掌握等优点,加标回收率≥98.92%.此方法已用于实际样品的分析,结果令人满意.     

钛基钌镧氧化物涂层在NaCl溶液中的伏安行为

采用热分解法制备Ti/Ru(1-x)LaxO2(0≤x≤0.7)氧化物涂层,通过极化曲线和循环伏安法对该系列涂层在3.5%NaCl溶液中的电化学行为进行了研究。结果表明,加镧的钌氧化物涂层具有更高的交换电流密度,更小的极化电阻和更大的伏安电荷,且当La浓度达到30 mol%时,表面电化学活性达到最大值。钌镧氧化物涂层的内活性表面积远大于外活性表面积,但随着含La量的增加,内活性表面积下降较大。     

磁控溅射沉积钌薄膜的微观结构及生长过程

采用射频磁控溅射,通过改变基底温度、溅射时间、基底形貌,制备不同参数的钌薄膜。结果表明,该工艺制备的钌薄膜均没有明显的择优取向。随着溅射温度的升高,薄膜的致密性不断提高,表面由平整向起伏型结构转变,晶粒尺寸出现先增大后减小的趋势。随着溅射时间的增加,晶粒尺寸小幅增加,晶粒由圆形状演变为致密的长条状。在表面形貌较平坦的基底上更易获得光滑而致密的钌薄膜。在此基础上,研究并讨论了不同基底形貌上钌薄膜的生长方式。     

Preparation and Electrochemical Properties of Porous Platinum Electrode

Porous platinum electrodes were prepared by adding YSZ,as an active material,in platinum paste.Relationship between microstructure and electrochemical performance of O 2(g),Pt/YSZ electrode have been characterized by SEM and cyclic voltammetry.Results showed that the microstructure of platinum electrode is a significant impact on the cyclic voltammetry.With the increase of platinum electrode’s porosity,the area of three-phase boundary of O 2(g) /Pt/YSZ was increased.The electrochemical reactivity was also enhanced.These were presented as the increase of current density and cathode voltage in cyclic voltammetry.     

A Study of the Interaction of Cu2-xS Coatings with S42- Ions by the Method of Cyclic Voltammetry

The interaction between Cu_2-xS (1<(2-x)<2) coatings without elemental sulphur and 0.01 M Na₂S₄ has been studied by cyclic voltammetry in 0.05 M H₂SO₄.

It has been shown that elemental sulphur forms in the Cu_2-xS coating exposed to Na₂S₄ solution. The highest S^o amount (2·10^?8 mol cm² during the first 30 s) has been found to be formed when the coating held in Na₂S₄ solution was Cut_1.25S. This is explained by the fact that during interaction of a Cu_2-xS coating with Na₂S₄ solution the unstable mixed polysulphides of Cu(I) and Cu(II) can be formed, e.g. in the case of Cu_1.25S (Cu₂S₄) the compound Cu₅S₇ can arise:

Cu^I₂Cu^II₃S₄ + Na₂S₄ → Cu^I₂Cu^II₃S₇ + Na₂S

which is again decomposed, initially into Cu₅S₄ and S^o:

Cu^I₂Cu^II₃S ₇ → Cu^I₂Cu^II₃S₄ + 3S^o

It is supposed that this process can recur and due to this four modifications of S^o arise as the time of treatment is increased. Stoichiometric sulphide Cu_l.99S does not interact and CuS interacts insignificantly with Na₂S₄ (after 30 s 0.4·10⁸ mol cm² of S is formed).

In a real process the contribution from the coating is supposed not to exceed several per cent.