一种聚苯胺/氧化钌/二氧化锡复合电极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料的制备方法，采用磁控溅射法将SnO2薄膜溅射在钽基底上形成SnO2层；采用模板法制备得到多孔结构且孔径分散较均匀(10～15nm)的RuO2纳米粒子；采用电沉积法将聚苯胺镶嵌于RuO2纳米粒子基体，最终制备得到多层结构的聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料，其比电容值可达680～702F·g

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯胺/氧化钌/二氧化锡复合电极材料的制备方法
本专利技术涉及电化学电容器
，尤其涉及一种聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料的制备方法。
技术介绍
构成电化学电容器的电极材料与电解液进行高度可逆法拉第赝电容行为而储存电荷，其中电极材料是储能器件中的关键件。相比较其它类型的储能器件，RuO2电极材料构成的电化学电容器具有高比电容值和优良功率密度，并作为辅助电源应用于国防、军工及航空航天等相关领域。然而，该类型电化学电容器进行循环充放电时，电极基底常析出气泡冲击电极活性层而造成电极活性层脱落，加速储能器件失效。此外，RuO2电极材料属于稀贵材料，限制了其大规模化应用。相比较碳材料(活性碳、碳纳米管及碳纤维)和大多数过渡族金属氧化物(RuO2、NiO2、MO2及Co3O4等)，导电聚合物聚苯胺由于具有较高比电容且成本较低，成为一种潜在的电极材料。然而，单一聚苯胺制备成电极材料时存在两个方面的技术缺陷：一方面为充放电速率较低；另一方面，相对于碳材料和大多数过渡族金属氧化物，单一聚苯胺电极材料的循环次数偏低。因此，在降低成本的同时确保电极材料具有高比电容值和优良的循环稳定性，是目前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料的制备方法，该复合电极材料具有高比电容值和优良的循环稳定性，且成本低。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射法将SnO2靶材沉积在钽基底的表面，在所述钽基底的表面形成SnO2修饰层；将RuCl3溶液、多孔硅分子筛与NH4HCO3混合，进行合成反应，将所得生成物进行活化，得到RuO2纳米粒子；将所述RuO2纳米粒子与导电碳黑、聚偏四氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮混合，将所得混合浆料涂敷于所述SnO2层的表面并固化后形成RuO2中间活性层；在所述RuO2中间活性层的表面电沉积聚苯胺，得到聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料。优选的，所述SnO2层的厚度为0.5～0.6μm。优选的，所述钽基底为高纯钽箔，所述高纯钽箔中钽含量为99.95％。优选的，所述磁控溅射法的压力为3～5Pa，电流为20～25mA，电压为20～25V，时间为35～45min。优选的，所述合成反应的温度为240～260℃，时间为5～6h。优选的，所述活化所采用的活化剂为KOH溶液，所述KOH溶液的浓度为1mol/L。优选的，所述活化的温度为90～110℃，时间为24～30h。优选的，所述RuO2纳米粒子与导电碳黑、聚偏四氟乙烯的质量比为44:3:3。优选的，所述RuO2层的厚度为5～6μm。优选的，所述电沉积的电流密度为2.5～3.5mA·cm-2。本专利技术提供了一种聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料的制备方法，本专利技术采用磁控溅射法将SnO2薄膜溅射在钽基底上构成致密SnO2薄膜修饰层，能够阻止电极材料赝电容行为过程中钽电极基底析氢反应引起的电极活性层变形脱落而加速电化学电容器件失效；SnO2具有较高比电容值且成本较低廉；本专利技术采用模板法制备RuO2纳米粒子，能够得到多孔结构且孔径分散较均匀(10～15nm)的RuO2纳米粒子，增大比表面积，提高电极材料的比电容值；本专利技术采用电沉积法将聚苯胺镶嵌于RuO2纳米粒子的表面以及其孔结构的内部，将聚苯胺与多孔结构的RuO2纳米粒子相结合，有利于提高电极稳定性，能够得到循环次数较高的RuO2基复合电极材料并降低电极材料成本；本专利技术采用磁控溅射-模板法-电沉积法的复合工艺制备的多层结构的聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料，其比电容值可达702F·g-1，组装成电化学电容器后，经10000次循环后，其电容量保持84.6％，循环充放电性能优良。具体实施方式本专利技术提供了一种聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射法将SnO2靶材沉积在钽基底的表面，在所述钽基底的表面形成SnO2修饰层；将RuCl3溶液、多孔硅分子筛与NH4HCO3混合，进行合成反应，将所得生成物进行活化，得到RuO2纳米粒子；将所述RuO2纳米粒子与导电碳黑、聚偏四氟乙烯和氮甲基吡吡咯焥酮混合，将所得混合浆料涂敷于所述SnO2层的表面并固化后形成RuO2中间活性层；在所述RuO2中间活性层的表面电沉积聚苯胺，得到聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料。本专利技术采用磁控溅射法将SnO2靶材沉积在钽基底的表面，在所述钽基底的表面形成SnO2修饰层。在本专利技术中，所述钽基底优选为高纯钽箔(钽含量99.95％)，所述高纯钽箔优选为圆形，直径优选为4～100mm。在进行所述沉积之前，本专利技术优选将所述钽基底依次进行打磨处理和除油污处理；所述打磨处理具体优选为采用粒度为500～800目的金相砂纸打磨钽基底，直到完全去除钽基底表层的氧化层；所述除油污处理具体优选为将打磨后的钽基底置于超声清洗器中，分别使用丙酮和混合碱液进行除油污处理3～5min；所述混合碱液的成分优选为5g·L-1NaOH、10g·L-1Na2CO3、20g·L-1Na3PO4和15g·L-1Na2SiO3。完成所述除油污处理后，本专利技术优选使用大气等离子清洗机对除油污后的钽基底的表面进行清洗；在进行清洗时，钽基底与等离子火焰喷头之间的距离优选为2～3cm；清洗的时间优选为4～6min，更优选为5min。在本专利技术中，所述磁控溅射法的过程优选为将预处理后的钽基底和SnO2靶材分别安装在磁控溅射室中相应的夹具，抽真空至0.5～0.7×10-3Pa，注入氮气使溅射室压力为3～5Pa，再开启溅射系统，使电流为20～25mA，电压为20～25V，然后进行溅射35～45min，即在钽基底上形成致密SnO2层。在本专利技术中，所述SnO2靶材的纯度优选为99.5％以上；所述SnO2层的厚度优选为0.5～0.6μm。本专利技术将RuCl3溶液、多孔硅分子筛与NH4HCO3混合，进行合成反应，将所得生成物进行活化，得到RuO2纳米粒子。本专利技术优选将RuCl3.xH2O溶解在去离子水，得到RuCl3溶液，所述RuCl3溶液的质量浓度优选为1％，所述RuCl3.xH2O与NH4HCO3的质量比优选为3:5。本专利技术优选通过搅拌的方式进行混合，所述混合的时间优选为2～3h。在本专利技术中，所述合成反应的温度优选为240～260℃，时间优选为5～6h。在本专利技术中，所述活化所采用的活化剂优选为KOH溶液，所述KOH溶液的浓度优选为1mol/L；所述活化的温度优选为95～105℃，更优选为100℃；所述活化的时间优选为24～30h，更优选为25～28h。完成所述活化后，本专利技术优选将所得活化产物进行干燥，得到RuO2纳米粒子。本专利技术对所述干燥的方式没有特殊的限制，选用本领域技术人员熟知的方式进行干燥即可。在本专利技术中，所述多孔硅分子筛的制备方法优选为：将5g聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)与去离子水(180mL)和盐酸(9mL，浓度为34～36wt.％)混合，将所得混合物加热至35℃时，添加异丙醇(6g)后搅拌1h，然后在所得混合体系中添加正硅酸乙酯(10.5g)后搅拌24h，再在100℃条件下进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射法将SnO2靶材沉积在钽基底的表面，在所述钽基底的表面形成SnO2修饰层；将RuCl3溶液、多孔硅分子筛与NH4HCO3混合，进行合成反应，将所得生成物进行活化，得到RuO2纳米粒子；将所述RuO2纳米粒子与导电碳黑、聚偏四氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮混合，将所得混合浆料涂敷于所述SnO2层的表面并固化后形成RuO2中间活性层；在所述RuO2中间活性层的表面电沉积聚苯胺，得到聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射法将SnO2靶材沉积在钽基底的表面，在所述钽基底的表面形成SnO2修饰层；将RuCl3溶液、多孔硅分子筛与NH4HCO3混合，进行合成反应，将所得生成物进行活化，得到RuO2纳米粒子；将所述RuO2纳米粒子与导电碳黑、聚偏四氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮混合，将所得混合浆料涂敷于所述SnO2层的表面并固化后形成RuO2中间活性层；在所述RuO2中间活性层的表面电沉积聚苯胺，得到聚苯胺/RuO2/SnO2复合电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述SnO2层的厚度为0.5～0.6μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钽基底为高纯钽箔，所述高纯钽箔中钽含量为99.95％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥，罗咏梅，路坊海，黎应芬，
申请(专利权)人：贵州理工学院，
类型：发明
国别省市：贵州,52