[发明专利]一种用于制备超级电容器RuO2电极材料的电沉积工艺

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电容器领域，是一种电沉积制备超级电容器涂层电极材料的方法。 

背景技术

随着高端电子设备朝着小型化、轻量化、高可靠、长寿命的方向发展，电子器件中的电容器必须向容量大、体积小、功率密度高和脉冲放电性能优异的方向发展。传统的电容器已经不能满足高端电子设备的要求，超级电容器以其数十倍于蓄电池的比功率，数百倍于物理电容器的比能量，以及充放电效率高，能够持续放出大电流，不需要维护保养，寿命长等特性，正在被广泛地应用于航空、航天、国防科技、移动通讯、电子信息技术、绿色环保能源工业、电动汽车等领域，有着极其广阔的应用前景和重要的战略意义。 

根据电荷的储存机理，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第准(赝)电容器，双电层电容器使用碳素材料作为电极，比电容在200F/g左右。法拉第准电容器使用RuO₂，MnO₂，NiO，SnO₂等金属氧化物作为电极，通过法拉第氧化还原反应完成充放电。其中RuO₂·H₂O电极材料比电容量可高达700F/g以上，比电容量比碳电极大3倍，比功率比碳电极大1个数量级，在硫酸电解液中性能稳定，循环寿命长和充放电性能优异，因此RuO₂·H₂O是目前应用于高比能超级电容器性能最优异的电极材料，已显示出非常重要的地位和广阔的应用前景，蕴涵着巨大的商机。 

RuO₂·H₂O电极材料性能是直接影响超级电容器整体性能的关键因素，占超级电容器制造成本的50％以上。不同形态结构的RuO₂·H₂O的比电容和能量密度相差很大，对微孔结构RuO₂·H₂O电极材料而言，因为电解液容易进入活性物质内部，在电极活性物质表面和体相内均能发生高度可逆的快速氧化还原反应；与晶体结构的RuO₂·H₂O相比，质子更容易在无定型RuO₂·H₂O中自由扩散，RuO₂·H₂O电极材料具有更大的比电容。因此，研制高性能电极材料的制备和揭示其性能的影响规律是材料工作者的重要课题。目前报道的RuO₂电极材料的制备方法主要有如Sol-gel法、涂敷热分解。但用Sol-gel法制备RuO₂薄膜附着力较差；用涂敷热分解等高温方法制备了RuO₂电极材料，薄膜的结合水含量较低，影响了电容特性。我们提出采用直流-示差脉冲组合电沉积制备技术制备了超级电容器用钽基RuO₂·nH₂O薄膜电极材料，能有效解决薄膜沉积附着力差的问题，能控制薄膜的沉积速率和厚度，提高RuO₂·nH₂O薄膜电极材料的比电容。目前发明人还未见采用直流-示差脉冲组合电沉积制备技术制备RuO₂·nH₂O薄膜电极材料 

发明内容

本发明的目的是提供一种能制备出与基体结合力强、多孔无定形的RuO₂·nH₂O薄膜的工艺。该工艺采用直流-示差脉冲组合电沉积技术，使电沉积过程得以控制，能有效防止沉积初期析氢导致薄膜缺陷的形成，提高后期薄膜生长的速率，从而获得高性能的RuO₂·nH₂O薄膜电极材料。 

本发明的工艺包括以下工艺步骤： 

(1)将纯度大于99.95％金属钽箔作为基片，并经预处理清洗； 

(2)配置RuCl₃·3H₂O、SnCl₂和NaNO₃的混合溶液，它们在混合溶液中的浓度分别为1～5mmol/L、0.2～1mmol/L和10～200mmol/L，经充分搅拌、静置；