一种高倍率介孔RuO制造技术

本发明专利技术公开了一种高倍率介孔RuO

【技术实现步骤摘要】
一种高倍率介孔RuO2/C复合电极材料制备方法
本专利技术属于材料的制备和超级电容器负极应用
，主要涉及一种高倍率介孔RuO2/C复合电极材料制备方法。
技术介绍
随着化石燃料的不断消耗，人类社会对于可再生清洁能源的需求不断扩大，比如风能、太阳能等。但是这些新能源的利用极大程度的依赖于外部环境，因此为了更加合理、最大限度的利用这些能源，采用储能装置对其加以存储，再供后续使用是一个很好的解决方式。常用的储能器件分为两类：电容器和电池。电容器在储能过程中通常只发生物理静电吸附过程，不受离子扩散限制，因此功率密度很高，但能量密度低；电池因为发生化学反应，反应速度受离子扩散限制，因此功率密度低，但能量密度很高。超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，既具备电容器的快速充放电特性，也具备电池的储能特性，即同时具有高的功率密度和能量密度，在未来的储能领域具有巨大的发展空间。电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键参数之一，合理的设计电极材料的组成和结构可以有效地提高其功率密度和能量密度。RuO2由于其导电率高、电化学可逆性好、比电容和循环效率高，已被广泛应用于超级电容器中。但是无定型RuO2其氧化物网络结构并不连续，导致导电率大大降低，此外因为价格昂贵，使得其应用受到了极大的限制，因此需要将RuO2和廉价的、导电性能优异的基体进行复合，才能使其在实际的生产生活中得到更为广泛的应用。目前RuO2复合材料的制备方法主要有电化学沉积法[M.T.Brumbach；AlamT.M.；KotulaP.G.；McKenzieB.B.；BunkerB.C.,AcsAppliedMaterials&Interfaces,2010,2(3),778-787.]和溶胶凝胶法[1.K.-H.Chang；HuC.-C.；ChouC.-Y.,ElectrochimicaActa,2009,54(3),978-983.2.Q.Jiang；KurraN.；AlhabebM.；GogotsiY.；AlshareefH.N.,AdvancedEnergyMaterials,2018,8(13)]，但制备条件严苛、过程复杂，因为Ru3+易水解，导致制备可重复性差。而本专利技术通过直接将Ru3+与海藻酸钠交联，在抑制了Ru3+水解的同时形成了“蛋盒”结构，使得在后续的碳化和氧化过程中，RuO2可以被碳层完全包裹形成纳米颗粒，并均匀分布在碳基体中；此外海藻酸钠在高温条件下会热解，形成丰富的介孔孔道，有利于离子的不断传输。该方法制备过程简单可控、成本低廉，很适合大规模生产超级电容器用电极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有的RuO2制备技术的不足，提供一种高倍率介孔RuO2/C复合电极材料制备方法，具体为一种具有大量介孔结构的RuO2/C复合材料的制备方法，制备过程简单可控、成本低廉，适合作为高倍率超级电容器的电极材料。本专利技术的目的可以通过以下过程来实现：本专利技术提供了一种高倍率介孔RuO2/C复合电极材料制备方法，包括以下步骤：A.利用海藻酸钠与多价金属离子的交联特性，使其与Ru3+交联形成凝胶小球，经过滤、冷冻干燥后得到冻干产物。B.将冻干小球在惰性气氛下煅烧碳化，再在空气气氛下氧化得到富含介孔的RuO2/C复合材料。优选的，所述步骤A中，海藻酸钠溶胶的质量浓度为1.5％，RuCl3溶液的浓度为0.1-0.2mol/L，将海藻酸钠溶胶和RuCl3溶液按体积比2:5进行交联反应，反应时长为24-48h。优选的，所述步骤A中，将海藻酸钠与Ru3+交联产物用去离子水清洗3遍，过滤后在液氮中冷冻20min，再在-65℃下干燥24-72h。优选的，所述步骤B中，碳化的具体方法为：在N2保护下，以5℃/min的升温速率进行碳化，升温至600℃后保温4h，最后自然冷却至室温，N2流速为0.6-0.8L/min。优选的，所述步骤B中，氧化的具体方法为：在空气气氛下，以5℃/min的升温速率进行氧化，升温至300-500℃后保温3h，最后自然冷却至室温。优选的，所述步骤B中，氧化后的复合产物使用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在60℃下真空干燥24h。优选的，所述步骤B中，与海藻酸钠交联的金属Ru遇见空气当中的氧气，在适宜温度下生成RuO2纳米颗粒并均匀分布在碳基体中，同时海藻酸钠热解形成了丰富的介孔通道。与现有技术相比，本专利技术优点如下：1.本专利技术制备的介孔RuO2/C复合材料，充分利用了海藻酸钠与Ru3+的交联特性，形成了特殊的“蛋盒”结构，使得经碳化和氧化后得到的RuO2纳米颗粒可以被导电碳层完全包裹，并均匀分布在碳基体中。2.本专利技术制备的介孔RuO2/C复合材料，以海藻酸钠为碳的前驱体，经高温煅烧后形成了石墨化的碳层，导电性能大大提高。同时高温使得海藻酸钠热解，形成了丰富的介孔通道，有利于离子的不断传输，因此倍率性能优异。3.本专利技术所用的原材料易得，制备方法简单，过程易控，成本低廉，在超级电容器领域具有良好的应用前景。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为实施例1、2、3制备的介孔RuO2/C复合材料的XRD图；图2(a)、图2(b)、图2(c)分别为实施例1、2、3制备的介孔RuO2/C复合材料的SEM图；图3为实施例1、2、3制备的介孔RuO2/C复合材料作为超级电容器负极材料时的倍率性能图，测试溶液为1MH2SO4溶液。具体实施方式以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明：实施例1一种高倍率介孔RuO2/C复合电极材料制备方法，包含以下步骤：步骤一、将15g海藻酸钠溶于985ml去离子水中，室温搅拌24h，转速为600r/min。步骤二、将19.6gRuCl3·3H2O溶于480.4ml去离子水中，搅拌6h，转速为600r/min。步骤三、取200ml海藻酸钠溶胶逐滴加入RuCl3水溶液中，并搅拌反应24h，转速为400r/min。步骤四、将交联产物用去离子水反复洗涤3次，之后放入液氮中冷冻20min，再在-65℃下干燥72h。步骤五、将步骤四冻干的前驱体放入管式炉中碳化，在流速为0.6-0.8L/min的氮气气氛下煅烧，升温速率为5℃/min，升温至600℃后保温4h，最后自然冷却至室温。步骤六，将碳化产物放入管式炉中氧化，在空气气氛下煅烧，升温速率为5℃/min，升温至400℃后保温3h，最后自然冷却至室温。步骤七，将步骤六中氧化后的复合产物用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在60℃下真空干燥24h。图1中的B为本实施例得到的介孔R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高倍率介孔RuO

【技术特征摘要】
1.一种高倍率介孔RuO2/C复合电极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.利用海藻酸钠与多价金属离子的交联特性，使其与Ru3+交联形成凝胶小球，经过滤、冷冻干燥后得到冻干产物。
B.将冻干小球在惰性气氛下煅烧碳化，再在空气气氛下氧化得到富含介孔的RuO2/C复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种高倍率介孔RuO2/C复合电极材料制备方法，其特征在于所述步骤A中，海藻酸钠溶胶的质量浓度为1.5％，RuCl3溶液的浓度为0.1-0.2mol/L，将海藻酸钠溶胶和RuCl3溶液按体积比2:5进行交联反应，反应时长为24-48h。


3.根据权利要求1所述的一种高倍率介孔RuO2/C复合电极材料制备方法，其特征在于所述步骤A中，将海藻酸钠与Ru3+交联产物用去离子水清洗3遍，过滤后在液氮中冷冻20min，再在-65℃下干燥24-72h。


4.根据权利要求1所述的一种高倍率介孔Ru...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆雷，李明明，赵斌元，张荻，
申请(专利权)人：上海交通大学，马鞍山经济技术开发区建设投资有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31