[发明专利]一种超级电容器用二氧化钌/碳复合纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学及无机材料领域，特别涉及一种超级电容器用二氧化钌/碳复合纳米电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors)，又称电化学电容器(Electrochemical capacitors)，是一种新型清洁储能器件。它的比容量比传统电容器高3～4数量级，同时它的功率密度是电池的10～100倍。而且还具有快速充放电、使用寿命长、低温性能优越、放置时间长和使用温度范围宽等诸多优点。因而超级电容器在3c电子产品、动力电池、激光武器装备、能量回收系统、应急电源、国家电网等诸多军用及民用储能领域取得了广泛应用。

目前，超级电容器电极材料主要分为三类：碳材料、金属氧化物和导电聚合物材料。目前碳材料的商业应用较为广泛，但其容量较低，远不及氧化物材料，只能应用于性能要求低的民用上，无法满足军工如航天工业的应用。金属氧化物材料比容量较大，RuO₂材料是最早被被发现具有电容特征的氧化物材料，它具有高比容量、优良的循环性能和倍率性能，适用于一些对器件性能和稳定性要求高的场合。RuO₂的制备方法影响着材料的结构、形貌和尺寸，同时对材料的电化学性能有很大的影响，因而开发出高产量、纯度高，物理化学特性符合电容器性能要求的RuO₂是一项重要的技术。目前常用的制备方法有电化学沉积法、涂覆热分解法和溶胶凝胶法等。

如CN101525760A公开了一种制备超级电容器RuO₂电极材料的电沉积工艺，该方法通过直流-示差脉冲组合电沉积技术，控制电沉积过程，防止沉淀初期析氢产生的薄膜缺陷，提高薄膜生长速率，但是这也同时导致了RuO₂水合量的降低，影响了质子在材料体相中的扩散，从而影响材料的性能，而且该方法需要用钽或铂等贵金属作为基体，这大大增加了器件的成本，同时存在收率低，产量小等缺陷，而且没有给出电化学测试结果，很难证明其材料性能优势。CN102169759A公开了一种RuO₂电极材料的制备方法，该方法通过控制涂覆热分解过程中水蒸气浓度和热分解温度来获得性能优异的水和氧化钌电极材料，该方法制备的RuO₂材料工艺比较复杂，而且制备的材料内应力大，附着力强度低，由于反应环境中水含量少，生成的产物中水合量低，在热处理中易于失去结合水而生成无水二氧化钌。美国专利US20110027977公开了一种RuO₂材料的制备方法，该方法通过使用RuO₄作为钌的前驱体，利用有机复合物作为种子层，然后在种子层上沉积RuO₂，该方法所涉及的原料RuO₄属于易燃易爆品，易挥发，不宜存储，导致生产操作的困难，且材料包含有机复合物内核，影响材料的导电性和电化学性能。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明在于提供一种简单的溶剂热法制备出尺寸细小，粒度均一，分散良好的二氧化钌/碳复合纳米材料；且本发明的制备方法具有工艺设备简单，产率高，成本低，无污染，易实现工业化规模生产等特点，因此具有广阔的应用前景。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超级电容器用二氧化钌/碳复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)将钌源溶于乙醇的水溶液中，加入阳离子表面活性剂，分散；

(b)将步骤(a)所得溶液放入反应器中密封，加热反应；

(c)将步骤(b)反应后产物洗涤后分散于有机溶液中，加入碳基体，吸附；

(d)分离步骤(c)吸附后混合物，洗涤后用有机酸煮沸；

(e)将步骤(d)煮沸后混合物洗涤，烘干，煅烧，得到所述二氧化钌/碳复合纳米材料。

该方法可以方便地获得纳米尺度的二氧化钌颗粒，为准法拉第反应提供了大的比表面积，同时为了有效阻止二氧化钌纳米颗粒自发聚集成团，提高其利用率，将二氧化钌纳米颗粒吸附于碳材料的表面形成复合结构，这种复合结构有利于快速充放电过程中快速的电子传输和粒子运动。该复合材料展现出了优异的电化学性能。

对于本发明，所述的方法，步骤(a)中所述钌源为三氯化钌、(间异丙基甲苯)[(S,S)-Ts-DPEN]氯化钌、乙酰丙酮钌、三氯化六铵合钌、亚硝酰基硝酸钌中的1种或2种的混合。