混合型超级电容器高比容率氧化钌电极的制备方法技术

本发明专利技术提供一种混合型超级电容器高比容率氧化钌电极的制备方法，包括以下步骤：(1)、配制含钌电镀液，采用循环伏安法将钽箔电镀沉积一层厚度为80-200nm左右的氧化钌；(2)、浆料涂覆热分解；(3)、氧化钌阴极后处理工艺，最终制得含有氧化钌厚度为0.1-0.5mm含钌阴极电极，采用本发明专利技术方法制备的电极，比容量高、表面储能密度高、等效串联内阻低。

【技术实现步骤摘要】
一种混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法
本专利技术涉及一种混合型电解电容器阴极的制备方法，尤其涉及一种混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法。
技术介绍
脉冲功率技术是电工新技术之一,它的应用与推广关键在于电源及其储能元件，传统储能元件主要有两类:即静电电容器和蓄电池。通常蓄电池存储的能量较高,但是传递能量的速度有限；相反,静电电容器能快速传递能量,但是它所存储的能量很低，鉴于上述两种储能元件存在的缺点，最近几年发展起来了一种新型的储能器件----超级电容器,它的储能密度和功率密度介于静电电容器和蓄电池之间,可以用来弥补蓄电池功率特性和静电电容器储能特性的不足。当前,由于对大功率脉冲电源需求的不断增加,研究与开发具有高储能密度和高功率密度的储能元件则显得尤为重要，因此,人们把目光投向了超级电容器,并对它给予了厚望。电能武器是用电能或以电能为主要能源的新概念武器之一,它主要包括电磁炮、线圈炮、电热与电热化学炮,微波武器,激光武器等,在拦截导弹、防空及穿甲等方面的优势远高于目前以化学能驱动的武器。近年来各国竞相发展,已取得了很大的突破,并已相继进入靶场,预计在未来十年中,一些项目将达到实战水平。但是,电能武器走向实战的难点之一是需要小型化、高效率的脉冲电源系统,因为减轻武器装备,是当前现代化实战的迫切要求，与之相关的具有高储能密度和高功率密度的储能器件是关键,很显然,超级电容器是理想的选择之一。目前超级电容器电极材料的研究主要集中在活性炭系列、过渡金属氧化物和高分子导电聚合物上，因为这些材料在电解质中都具有较高的比电容。电解质倾向于采用导电率较高的液体电解质,目的是为了减小内电阻。由于在超级电容器的内部结构中,没有电介质,使其工作电压受电解质击穿电压的限制,导致超级电容器的单元工作电压很低。一般水性电解质的击穿电压小于1.2V,即使是有机电解质,它也不超过3.5V,这就限制了超级电容器的工作电压范围。现有的超级电容器的主要缺点是工作电压低,内电阻大,影响能量的快速释放,从而限制了它的应用领域。近几年来,由于脉冲功率技术的不断推广,作为储能元件,活性炭超级电容器的比功率特性已经满足不了要求,人们又开始借助于活性物质的法拉第氧化还原反应,进行了另一种储能形式的研究，在众多材料中,金属氧化物二氧化钌(RuO2)最突出,不仅具有较高的比电容(高达768F/g),而且具有优异的循环稳定性，是目前最理想的电极材料,其电容量主要是来自于二氧化钌和电解质溶液之间发生的高度可逆的氧化还原反应。通常制备氧化钌电极材料的方法主要分为两种，一种是先采用化学法制氧化钌末，然后将其涂覆在导电基体表面，共同组成超级电容器的阴极，该方法虽然容易规模化生产，但其工作电压低,附着力弱，附着力弱说明接触电阻大，即导致内阻大，内阻大则导致电容器在工作功耗大，发热多，产品性能劣化快，可靠性低，因此需要在氧化钌粉末中添加粘结剂来增加产品的附着力，但粘结剂的会增加最终产品的内阻，降低其可靠性；另一种是采用电化学法直接在集电极表面制备氧化钌，该方法制备的氧化钌内阻低，成膜特性好，但存在工艺复杂，效率低，不适宜大规模生产等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种工艺简单、等效串联内阻低、钌附着力强的混合型超级电容器高比容率氧化钌电极的制备方法。一种混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，包括以下步骤：(1)、配制含钌电镀液，采用循环伏安法在钽箔上电镀沉积一层厚度在80-200nm的氧化钌电镀层；(2)、将含钌化合物、含铱化合物、可溶性有机粘结剂按2-6：1：1-2的摩尔比混合均匀；(3)、将步骤2混合均匀后的含钌混合物与活性导电金属或活性导电金属氧化物粉体按1：0.05-1的摩尔比混合均匀形成混合粉料；(4)、将上述混合粉料与溶剂按1：0.5-10的质量比混合调制成混合浆料，所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或几种；(5)、将上述混合浆料刷涂或喷涂在步骤1经过循环伏安已电镀沉积有氧化钌电镀层的钽箔基体上，然后将所制得电极在50-120℃的干燥箱烘干10分钟，烘干后的钽箔放入150-350℃的热分解炉中，通入5-50KPa的饱和水蒸汽，热分解1-8个小时；(6)、后处理工艺以除去电极上的杂质和部分活性功能团。进一步地，如上所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，所述后处理工艺为将电极放置在250℃的高温饱和水蒸汽中处理30分钟。进一步地，如上所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，所述后处理工艺为将电极浸渍在0.1-1mol/L的硫酸水溶液中，对电极施加恒定的阳极电流，电流强度控制为5-10mA/cm2，10分钟后将电流调整为20-30mA/cm2，控制通电时间为5分钟，然后再次将电流调整为5-10mA/cm2，如此反复3-5次，将电极取出，用去离子水漂洗30分钟，并置于50℃以下的烘箱中烘干即完成氧化钌电极的制备。进一步地，如上所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，步骤2中含钌化合物、含铱化合物、可溶性有机粘结剂的摩尔比为5：1：1.5。进一步地，如上所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，步骤3中含钌混合物与活性导电金属或活性导电金属氧化物粉体的摩尔比为1：0.2。进一步地，如上所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，步骤4中混合粉料与溶剂的质量比为1：2-3。进一步地，如上所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，步骤5中干燥箱的烘干温度为80℃，热分解炉的温度为230℃，蒸汽压力20-40KPa，热分解时间为2-4小时。进一步地，如上所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，在钽箔上电镀沉积氧化钌电镀层的方法包括以下步骤：①含钌电镀液配制:三氯化钌3-7mmol/L、三氯化铱0.5-2mmol/L、氯化钾0.08-0.15mol/L、盐酸0.005-0.02mol/L，初始pH值为1.5-3.0，溶液为去离子水，电镀液温度：20-70℃；②利用三电极系统进行循环伏安法沉积，用钽箔作为工作电极，铂片作为辅助电极，银/氯化银电极作为参比电极，电压范围为-300-1500mV，扫描速度为30-80mV/s，扫描周期为50-200循环，在钽箔上沉积一层水合氧化钌；③将沉积有水合氧化钌的钽箔置于100℃以上空气中退火1-3h。进一步地，如上所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，其特征在于，所述活性导电金属或活性导电金属氧化物粉体为高比容电容器级钽粉、氧化钽、氧化锆、氧化钒、氧化钼和氧化铌中的一种或几种。进一步地，如上任一所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，步骤2中所述含钌化合物为三氯化钌、碘化钌、水合三氯化钌、水合碘化钌中的一种；所述含铱化合物为三氯化铱、碘化铱、水合三氯化铱、水合碘化铱中的一种；所述粘结剂为樟脑、硬脂酸、钛酸四丁脂、甲基丙烯酸甲脂中的一种。本专利技术以循环伏安法沉积纳米级氧化钌做基底，再以些为基础采用混合热解法制作足够厚度的氧化钌，两种技术相结合，最后用以硫酸溶液为电解质，对所制得电极进行了表面电解处理，提高了电极的表面能量密度。本专利技术可溶性有机粘结剂是加入在钌化合物(即氧化钌前驱体)的溶液中，这样钌化合物在热分解形成氧化钌的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合型超级电容器高比容率氧化钌电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、配制含钌电镀液，采用循环伏安法在钽箔上电镀沉积一层厚度在80‑200nm的氧化钌电镀层；(2)、将含钌化合物、含铱化合物、可溶性有机粘结剂按2‑6：1：1‑2的摩尔比混合均匀；(3)、将步骤2混合均匀后的含钌混合物与活性导电金属或活性导电金属氧化物粉体按1：0.05‑1的摩尔比混合均匀形成混合粉料；(4)、将上述混合粉料与溶剂按1：0.5‑10的质量比混合调制成混合浆料，所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇、N‑甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或几种；(5)、将上述混合浆料刷涂或喷涂在步骤1经过循环伏安已电镀沉积有氧化钌电镀层的钽箔基体上，然后将所制得电极在50‑120℃的干燥箱烘干10分钟，烘干后的钽箔放入150‑350℃的热分解炉中，通入5‑50KPa的饱和水蒸汽，热分解1‑8个小时；(6)、后处理工艺以除去电极上的杂质和部分活性功能团。

【技术特征摘要】
1.一种混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、配制含钌电镀液，采用循环伏安法在钽箔上电镀沉积一层厚度在80-200nm的氧化钌电镀层，具体步骤为；①含钌电镀液配制:三氯化钌3-7mmol/L、三氯化铱0.5-2mmol/L、氯化钾0.08-0.15mol/L、盐酸0.005-0.02mol/L，初始pH值为1.5-3.0，溶液为去离子水，电镀液温度：20-70℃；②利用三电极系统进行循环伏安法沉积，用钽箔作为工作电极，铂片作为辅助电极，银/氯化银电极作为参比电极，电压范围为-300-1500mV，扫描速度为30-80mV/s，扫描周期为50-200循环，在钽箔上沉积一层水合氧化钌；③将沉积有水合氧化钌的钽箔置于100℃以上空气中退火1-3h(2)、将含钌化合物、含铱化合物、可溶性有机粘结剂按2-6：1：1-2的摩尔比混合均匀；(3)、将步骤2混合均匀后的含钌混合物与活性导电金属或活性导电金属氧化物粉体按1：0.05-1的摩尔比混合均匀形成混合粉料；(4)、将上述混合粉料与溶剂按1：0.5-10的质量比混合调制成混合浆料，所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或几种；(5)、将上述混合浆料刷涂或喷涂在步骤1经过循环伏安已电镀沉积有氧化钌电镀层的钽箔基体上，然后将所制得电极在50-120℃的干燥箱烘干10分钟，烘干后的钽箔放入150-350℃的热分解炉中，通入5-50KPa的饱和水蒸汽，热分解1-8个小时；(6)、后处理工艺以除去电极上的杂质和部分活性功能团。2.根据权利要求1所述的混合型超级电容器氧化钌电极的制备方法，其特征在于，所述后处理工艺为将电极放置在250℃的高温饱和水蒸汽中处理30分钟。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆胜，王杰，
申请(专利权)人：贵州中航聚电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52