RuO-,2-包覆的TiO-,2-納米復合電極材料及其在超級電容器中的應用.pdf

1、超級電容器是一種介于電池與傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能器件。由于兼有高能量密度、高功率密度和長循環(huán)壽命的特性，超級電容器具有許多特殊的用途，如用于混合電動汽車、高功率脈沖激光器、便攜式電子器件等。超級電容器的電容來自于電極材料與電解液界面處所形成的雙電層，或者是發(fā)生在電極材料表面或內部的氧化還原反應。電極材料是決定其性能的關鍵因素，因此研發(fā)新穎的電極材料一直是超級電容器領域的熱點。相比其他電極材料來說，RuO2由于導電性好、電化學性能穩(wěn)定、

2、比電容量高，被認為是最好的超級電容器電極材料，但由于RuO2價格昂貴限制了它的實用化。因此如何最大限度地提高RuO2的利用率，降低成本是制備基于RuO2的高性能超級電容器面臨的最大挑戰(zhàn)。 本論文針對RuO2作為超級電容器電極材料的實用化問題做了初步研究，提出了將RuO2包覆在TiO2納米粒子表面制備納米復合電極材料的新觀點，這完全有別于通過混合或摻雜的方法來提高RuO2利用率的思路。實驗中采用溶膠-凝膠法與水熱合成法相結合的方法

3、成功實現(xiàn)了RuO2在TiO2納米粒子表面的包覆。工作中首先合成和表征了RuO2包覆的TiO2納米復合材料，然后制備了基于該材料的微電極和超級電容器，并考察了其電化學性能。 論文采用了掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能量散射譜(EDS)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射(XRD)、付利葉紅外譜(FT-IR)、比表面積測試(BET)以及X射線光電子能譜(XPS)等多種測試技術對該納米復合材料的物理化學性能進行分析研究。結果表明RuO

4、2在TiO2納米粒子表面形成了包覆層，其中的TiO2為銳鈦礦型，包覆層RuO2為非晶態(tài)，包覆層材料與核材料之間存在化學鍵作用，屬于化學包覆；根據(jù)樣品性能結構與其制備條件關系的分析，得到了較優(yōu)的包覆條件；在RuO2包覆量為1.5％時TiO2納米復合粒子平均粒徑約為47.5nm，包覆層厚度約為0.75nm，比表面積約為75.56m2/g； 工作中采用循環(huán)伏安法、交流阻抗譜測試、恒流充放電測試等技術對微電極和超級電容器的性能進行了研究

5、。結果顯示該超級電容器表現(xiàn)了理想的超級電容行為，所制備的納米復合材料適合用作超級電容器電極材料。在RuO2包覆量為1.5％時，電極的比電容量對納米復合材料為22.37F/g，對RuO2為1458.00F/g；在80mA放電電流條件下工作，該超級電容器最大比能量Em為0.636Wh/kg，最大比功率Pm為772.670W/kg；循環(huán)壽命測試表明在循環(huán)充放電1000次后，電容量仍能保持95.52％，表明該超級電容器具有較好的穩(wěn)定性。