[發明專利]一種鉭電容器用鉭殼內壁RuO2薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200910043327.6
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101556869A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 甘衛平;劉繼宇;劉泓;師響;李祥;馬賀然
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01G9/08
• 分類號: H01G9/08;H01G9/04;C25D9/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏 勇

技術領域

本發明屬于電化學電容器領域，涉及一種鉭電容器用鉭殼內壁RuO₂薄膜的制備方法，該薄膜應用于氣密封全鉭電容器和鉭外殼超級電容器。

背景技術

超級電容器(Supercapacitor)，亦稱電化學電容器(electrochemical?capacitor，EC)，是一種具有高比能量、高的比功率、快速充放電能力、長的循環壽命等優點的儲能組件。電化學電容器(包括雙電層和超級電容器)是建立在電化學原理基礎上的新型大容量儲能器件。作為儲能裝置，其能量的儲存是通過采用大比面積多孔電極以及能量儲存在擴散雙層之間來實現的。它同時具備電池高能量和電容器高功率的優點。且在性能上又優于電池和電容器。

電化學電容器按電極材料可分為三類：碳電極、金屬氧化物電極和導電聚合物電極電化學電容器。第一類碳材料主要利用碳材料高的比表面積，從而產生很高的雙電層電容；第二類導電聚合物主要利用導電聚合物的氧化還原反應產生的準電容；第三類為過渡金屬氧化物，主要利用氧化物具有多種價態，氧化物可以在多種價態之間轉化，而產生的準電容，如α-MnO₂·nH₂O、α-V₂O₅·nH₂O、RuO₂·nH₂O、IrO₂、NiOx、WO₃、PbO₂、Co₃O₄、SrRuO₃等。金屬氧化物電化學電容器主要以RuO₂為電極材料，其理論充電密度可高達1450C/g，平均比容量約為1620F/g。由于RuO₂的成本較高，人們一直在尋找能替代它的材料。但是到目前為止，RuO₂作為最有前途的電容器電極材料的地位沒有動搖。現在制備RuO₂薄膜方法很多，如溶膠-凝膠法、化學氣相沉積、物理氣相沉積、濺射沉積、涂覆熱分解等。目前生產的混合電容器用的RuO₂薄膜的制備，主要采用涂覆熱分解的方法。但需要多次涂覆熱分解，操作較為繁瑣。電沉積制備無定形RuO₂處于實驗室階段，而且主要沉積在鈦基片上。電沉積制備RuO₂薄膜，當厚度超過0.3μm后，會出現開裂的情況，降低了薄膜與基體之間的附著力，其電沉積的支持電解質為氯化鉀，由于電沉積過程中析氫嚴重，導致薄膜疏松，附著力差。

鉭電容器利用Ta作為電極，即鉭是導體，但當被氧化時轉變成高質量的絕緣體。就鉭電容器而言，鉭作為陽極(anode)被氧化成電介質，然后形成另外的陰極(cathode)。通過利用當燒結和硬化鉭粉末時產生的孔隙而得到鉭電容器。在鉭粉燒結式鉭電容器中，又因工作電解質的不同，分為固體電解質鉭電容器和非固體電解質鉭電容器。非固體電解質鉭電容器的工作電解質是通過單向賦能在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。此層氧化膜介質完全與組成電容器的一極結合成一個整體，不能單獨存在。這種電容器一般不能承受任何反向電壓。因此，常規鉭電容器使用中必須嚴格控制反向電壓。

氣密封非固體電解質全鉭電容器具有可靠性高，耐反壓能力強，性能穩定等優點，適用于衛星、通訊、宇航等軍用電子設備。但是現有的氣密封非固體電解質全鉭電容器中，鉭殼應用于電容器只是作為殼體封裝材料，這種鉭電容器電容量低、體積重量大、壽命和可靠性差、易失效等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種鉭電容器用鉭殼內壁RuO₂薄膜的制備方法，該方法適用于氣密封全鉭電容器和鉭外殼超級電容器。該方法制備的RuO₂薄膜可作為電容器的陰極材料以減少陰極材料的數量，能顯著減少電容器的體積，提高電容器的體積能量密度，從而使高能電容器小型化成為可能。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種鉭電容器用鉭殼內壁RuO₂薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)鉭殼預處理：將鉭殼打磨、拋光和清洗；備用；

2)可旋轉懸掛電極的制備：采用中空石墨電極作為陽極，中空石墨電極的壁上設有多個通孔；