[发明专利]一种快速制备导电碳与氧化钌复合电极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米电极材料的制备方法。具体涉及一种快速制备导电碳/氧化钌复合电极材料的方法。

背景技术

21世纪，能源问题无庸置疑是世界各国面临的一个巨大挑战。随着全球变暖等气候问题的日益严峻以及常规化石燃料的日益枯竭，人们对清洁交通和清洁能源的需求变得尤为迫切。超级电容器是一种新型的介于蓄电池和传统电介质电容器之间的新型储能器件，被广泛应用于汽车、电子、通讯等各个领域，被世界各国所广泛关注。根据储能机理的不同，超级电容器可分为两种类型：双电层电容器和法拉第赝电容器。前者是基于电极（高比表面积活性炭）/电解液界面电荷分离产生的双电层，后者是在电极的表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸脱附或氧化还原反应，产生和电极充电电位有关的电容。在相同电极面积的情况下，它的容量是双电层电容的几十倍。在各种电极材料中，氧化钌电极材料不仅具有高的理论比容量（＞1000F/g）和高的电导率，而且具有较宽的电位窗和优异的电化学循环稳定性，因此，被公认为是一种性能优异的超级电容器电极材料。然而，氧化钌不仅价格昂贵，而且在制备过程中极容易形成较大的团聚体，显著降低了氧化钌的电化学利用率，导致其电化学性能变差，从而抑制其大规模的商业化应用。为了充分利用氧化钌的电化学利用率、降低成本，以各种导电碳（碳纳米管、石墨烯等）为基体材料，制备均匀分散的氧化钌纳米复合材料受到了人们的广泛关注。目前，碳/氧化钌的制备方法主要有以下几种：（1）采用传统方法，即将碳材料加入到三氯化钌溶液中，然后采用碱液对三氯化钌进行沉淀，再进行水热反应制备碳负载氧化钌（中国专利申请号：201010295214.8）；（2）采用氧化剂直接氧化三氯化钌，即将碳材料加入到三氯化钌溶液中，然后采用氧化剂缓慢氧化三氯化钌制备碳负载的氧化钌（中国专利申请号：200610033782.4）。然而，上述两种方法不仅工艺复杂，而且耗时、能源消耗大，难以实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺相对简单、操作简便、成本低廉、快速节能且可大批量生产的快速制备导电碳与氧化钌复合电极材料的方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)将导电碳材料加入到蒸馏水中，超声分散制备导电碳材料的分散液；

(2)将含钌前驱物加入到步骤(1)所得的分散液中，搅拌使之完全溶解；

(3)将步骤(2)所得的混合液进行加热处理，得到黑色沉淀；

(4)将步骤(3)所得的黑色沉淀过滤、洗涤，真空干燥即得导电碳与氧化钌复合电极材料。

本发明还可以包括：

1、所述的导电碳材料为导电炭黑、碳纳米管、碳纤维或石墨烯中的一种或两种以上的任意比例混合物。

2、所述的导电碳材料的分散液的浓度为0.001-0.1g/mL，所述超声分散的时间为0.1-20h。

3、所述的钌前驱物为KRuO₄。

4、导电碳材料与KRuO₄的重量比为1:0.1-1:200。

5、所述加热处理为微波加热，功率为400-2000W，微波加热时间为1-30min。

6、所述真空干燥的干燥温度为60-150℃，干燥时间为2-48h。

针对以通用技术中存在的问题，本发明提出了一种工艺相对简单、操作简便、成本低廉、快速节能且可大批量生产的导电碳/氧化钌复合电极材料的制备方法。本方法制备的导电碳/氧化钌复合材料，不仅具有良好的导电性，而且使得氧化钌以纳米级的离子高度分散在导电碳的表面，显著提高了氧化钌的电化学利用率。将其作为超级电容器电极材料，不仅具有高的比容量、良好的功率特性，而且具有良好的电化学循环稳定性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提出的导电碳/氧化钌复合电极材料的制备方法具有工艺简单、操作简便、成本低廉、制备过程环境友好、快速节能且可大批量生产的优点。与传统工艺相比，本发明提出的制备方法不经过传统的三氯化钌与碱性物质沉淀后再处理的复杂工艺，所制备的氧化钌粒子更细小，在导电碳材料的表面分散更加均匀，并且氧化钌的产率较高。所制备的电极材料具有比容量高、内阻低、能量密度和功率密度高、循环稳定性好等特点，因此该电极材料有望作为一种高性能的超级电容器电极材料应用于混合电动汽车等领域，将具有广阔的工业应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例6所制备的导电碳/氧化钌复合电极材料的比容量曲线。