一种RuO2基复合氧化物超级电容器电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳量子点改性氧化钌基复合氧化物超级电容器电极材料的制备方法，涉及电化学材料技术领域。通过量子点改性，与非贵金属氧化物复合，以及气氛炉中进行热处理，得到高比电容的氧化钌基复合氧化物电极材料。在电化学储能领域有很好的应用前景。

A RuO_2-based composite oxide supercapacitor electrode and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种RuO2基复合氧化物超级电容器电极及其制备方法
本专利技术属于储能材料
，具体涉及一种RuO2基复合氧化物超级电容器电极及其制备方法。
技术介绍
随着经济和科学技术的发展，人类对能源的需求逐年递增，导致不可再生的石化能源储量逐年减少，而排放的有害气体，温室气体却与日俱增，环境污染日趋严重。因此，当前世界各国都在致力于开发清洁、高效的可再生能源，以及能源储存和转换的新技术和新设备。在大多数应用领域，最为有效的和实用的能量储存与转换的技术包括蓄电池、燃料电池、以及电化学超级电容器(ES)。最近的十几年里，由于具有高功率密度、长循环寿命等性能优点，超级电容器越来越受到广泛的重视。超级电容器的性能介于传统介电容器(超高功率/低能量密度)和蓄电池/燃料电池(高能量密度/低功率密度)之间，刚好填补它们的性能间隙，因此有着广泛的应用的前景。为了发挥出电极材料的最佳性能，在电化学电容器电极材料的研究中有两个最为重要的研究方向:(1)复合材料。不管是哪一类型的电化学电容器电极材料，将不同的材料复合形成复合电极材料都将会是一个非常重要的方法，因为复合材料中的各组分之间能发生协同效应:包括降低颗粒尺寸、提高比表面积、诱导孔隙生成、防止颗粒团聚、有利于电子/质子的传导、增加活性点数目、拓宽工作电位窗口、阻止活性物质的机械降解、提高循环稳定性，以及提供额外的赝电容。其结果是，复合材料能够克服各单一材料的缺点，并充分发挥单一材料各自的优点。但这里应该指出的是，在制备复合材料的过程中，也可能起到相反的效果。因此，在制备复合材料时，不是单纯的将两种或者两种以上的材料复合在一起，而是应根据各自的优缺点对材料加以选择、对成分加以优化，对电极结构加以调控。(2)纳米结构材料。在电化学电容器电极材料的最新发展趋势中，纳米材料如纳米凝胶、纳米管/棒、纳米片、纳米微球等应引起足够的重视。因为纳米结构材料具有高的比表面积。它们能够提供更短的电子/质子迁移路径，从而导致更快的动力学性能，电解液离子能更有效地与活性物质接触、更多的活性点参与法拉第能量储存、从而能在大电流密度下快速充放电。材料的形貌密切关系到电极的比表面积以及离子在电极中的扩散。一维结构纳米材料似乎是非常适合于制备电化学电容器电极材料，因为它能极大的缩短离子的扩散路程并拥有很高的比表面积。零维的碳量子点具有比表面积，以及非常奇特的化学和物理性能，在生物、医药、催化、储能等领域研究非常活跃。量子点因具有很高的比表面能，因此在溶液中是呈现可溶性的状态，不存在团聚问题，称为碳量子点溶液。目前缺少制备碳量子点的规模化的工艺技术，因此要制作单纯用碳量子点为材料的储能电极，目前是不现实的。但用碳量子点提高金属氧化物的电极材料的储能能力，是切实可行的办法。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种RuO2基复合氧化物超级电容器电极，，通过量子点改性氧化钌，与非贵金属氧化物复合，以及气氛炉中进行热处理，得到高比电容的氧化钌基复合氧化物电极材料。为实现本专利技术的目的采用如下技术方案：一种RuO2基复合氧化物超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：（1）以碳量子点溶液为溶剂，溶解三氯化钌和非贵金属氯化物，得到前驱体涂液；（2）将步骤（1）制备的前驱体涂液溶加热蒸发至成糊状物，再将糊状物送入气氛炉中热处理，即得到量子点改性的氧化钌基复合氧化物；（3）取80份步骤（2）制得的量子点改性的氧化钌基复合氧化物、15份乙炔黑、5份聚四氟乙烯胶黏剂和无水乙醇混合均匀，在8MPa压力下将其压在集流体上，再经85℃烘干，制成RuO2基复合氧化物超级电容器电极。进一步地，步骤（1）所述的非贵金属氯化物为非贵金属钛，锡，钴，锰，锆的氯化物中的一种。进一步地，步骤（1）所述的前驱体涂液中钌离子数占总金属离子数的30-60%。进一步地，步骤（2）所述的热处理温度为260-350℃，时间为30-90min。进一步地，步骤（2）中气氛炉通入的气体为氧气与水蒸气的混合物气体。有益效果：(1)采用本专利技术制备的氧化物涂层，量子点能均匀分布于在其中，作为电子导体和离子导体，能够实现快速的电子导电和离子迁移，从而提高氧化钌赝电容的利用率;(2)非贵金属氧化物与氧化钌复合，形成复合氧化物也能提高氧化钌的电容性能;(3)在含有水蒸气的气氛炉中热处理，可形成水合结构的氧化钌，水合结构的氧化钌具有很好的储能能力；且制备方法简单，可实现低成本规模化生产；相比于采用不含碳量子点的溶剂制备的相同氧化物成分的电极，本专利技术电极的比电容提高2-3倍。具体实施例下面结合实施例进一步描述本专利技术。本专利技术的范围不受这些实施例的限制，具体实施例中，采用本专利技术的方法制备的RuO2基复合氧化物超级电容器电极用C@RuO2-MOx表达，C代表碳量子点；M表示非贵金属元素Ti，Sn，Co，Mn，或Zr，表达式中x表示非贵金属氧化物中氧原子的数量，不同非贵金属氧化物中氧含量是不一样的。对比例以纯水作为溶剂，其它参数与对应实施例相同，所制备的RuO2基复合氧化物超级电容器电极用RuO2-MOx表达，M表示非贵金属元素Ti，Sn，Co，Mn，或Zr，表达式中x表示非贵金属氧化物中氧原子的数量，不同非贵金属氧化物中氧含量是不一样的。实施例一C@RuO2-TiO2复合氧化物涂层的制备：将三氯化钌，三氯化钛溶解于含有碳量子溶液中，控制溶液中钌离子的摩尔百分比在35%，溶解完全后制得前驱体涂液。将前驱体涂液溶液加热蒸发至糊状，将糊状物送入到280℃的气氛炉中热处理，通入氧气与水蒸气的混合气体，热处理35分钟，即得到量子点改性的氧化钌基复合氧化物；取80份量子点改性的氧化钌基复合氧化物、15份乙炔黑、5份聚四氟乙烯胶黏剂和少量无水乙醇混合均匀，在8MPa的压力下将其压在泡沫镍集流体上，于85℃烘干，即得到C@RuO2-TiO2超级电容器电极。实施例二C@RuO2-SnO2复合氧化物涂层的制备：将三氯化钌，四氯化锡溶解于含有碳量子点的深棕色透明液体中，控制溶液中钌离子的摩尔百分比在45%，溶解完全后制得前驱体涂液。将前驱体涂液溶液加热蒸发至糊状，将糊状物送入到270℃的气氛炉中热处理，通入氧气与水蒸气的混合气体，热处理30分钟，即得到量子点改性的氧化钌基复合氧化物；取80份量子点改性的氧化钌基复合氧化物、15份乙炔黑、5份聚四氟乙烯胶黏剂和少量无水乙醇混合均匀，在8MPa的压力下将其压在泡沫镍集流体上，于85℃烘干，即得到C@RuO2-SnO2超级电容器电极。实施例三C@RuO2-MnO2复合氧化物涂层的制备：将三氯化钌，二氯化锰溶解于含有碳量子点的深棕色透明液体中，控制溶液中钌离子的摩尔百分比在45%，溶解完全后制得前驱体涂液。将前驱体涂液溶液加热蒸发至糊状，将糊状物送入到350℃的气氛炉中热处理，通入氧气与水蒸气的混合气体，热处理60分钟，即得到量子点改性的氧化钌基复合氧化物；取80份量子点改性的氧化钌基复合氧化物、15份乙炔黑、5份聚四氟乙烯胶黏剂和少量无水乙醇混合均匀，在8MPa的压力下将其压在泡沫镍集流体上，于85℃烘干，即得到C@RuO2-MnO2超级电容器电极。实施例四C@RuO2-Co3O4复合氧化物涂层的制备：将三氯化钌，二氯化钴溶解于含有碳量子点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种RuO2基复合氧化物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以碳量子点溶液为溶剂，溶解三氯化钌和非贵金属氯化物，得到前驱体涂液；（2）将步骤（1）制备的前驱体涂液溶加热蒸发至成糊状物，再将糊状物送入气氛炉中热处理，即得到量子点改性的氧化钌基复合氧化物；（3）取步骤（2）制得的量子点改性的氧化钌基复合氧化物、乙炔黑、聚四氟乙烯胶黏剂和无水乙醇混合均匀，在一定压力下将其压在集流体上，再经烘干，制成RuO2基复合氧化物超级电容器电极。

【技术特征摘要】
1.一种RuO2基复合氧化物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以碳量子点溶液为溶剂，溶解三氯化钌和非贵金属氯化物，得到前驱体涂液；（2）将步骤（1）制备的前驱体涂液溶加热蒸发至成糊状物，再将糊状物送入气氛炉中热处理，即得到量子点改性的氧化钌基复合氧化物；（3）取步骤（2）制得的量子点改性的氧化钌基复合氧化物、乙炔黑、聚四氟乙烯胶黏剂和无水乙醇混合均匀，在一定压力下将其压在集流体上，再经烘干，制成RuO2基复合氧化物超级电容器电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的非贵金属氯化物为非贵金属钛，锡，钴，锰，锆的氯化物中的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱君秋，吴允苗，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：福建,35