[發(fā)明專利]一種混合型超級(jí)電容器氧化釕電極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410279861.8
• 申請(qǐng)日: 2014-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN104021947B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸勝;王杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州中航聚電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01G11/86
• 分類號(hào): H01G11/86;C23C28/04;C23C20/08;C25D9/04
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混合型電解電容器陰極的制備方法，尤其涉及一種混合型超級(jí)電容器高比容率氧化釕電極的制備方法。

背景技術(shù)

脈沖功率技術(shù)是電工新技術(shù)之一,它的應(yīng)用與推廣關(guān)鍵在于電源及其儲(chǔ)能元件，傳統(tǒng)儲(chǔ)能元件主要有兩類:即靜電電容器和蓄電池。通常蓄電池存儲(chǔ)的能量較高,但是傳遞能量的速度有限；相反,靜電電容器能快速傳遞能量,但是它所存儲(chǔ)的能量很低，鑒于上述兩種儲(chǔ)能元件存在的缺點(diǎn)，最近幾年發(fā)展起來了一種新型的儲(chǔ)能器件----超級(jí)電容器,它的儲(chǔ)能密度和功率密度介于靜電電容器和蓄電池之間,可以用來彌補(bǔ)蓄電池功率特性和靜電電容器儲(chǔ)能特性的不足。當(dāng)前,由于對(duì)大功率脈沖電源需求的不斷增加,研究與開發(fā)具有高儲(chǔ)能密度和高功率密度的儲(chǔ)能元件則顯得尤為重要，因此,人們把目光投向了超級(jí)電容器,并對(duì)它給予了厚望。

電能武器是用電能或以電能為主要能源的新概念武器之一,它主要包括電磁炮、線圈炮、電熱與電熱化學(xué)炮,微波武器,激光武器等,在攔截導(dǎo)彈、防空及穿甲等方面的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)高于目前以化學(xué)能驅(qū)動(dòng)的武器。近年來各國競(jìng)相發(fā)展,已取得了很大的突破,并已相繼進(jìn)入靶場(chǎng),預(yù)計(jì)在未來十年中,一些項(xiàng)目將達(dá)到實(shí)戰(zhàn)水平。但是,電能武器走向?qū)崙?zhàn)的難點(diǎn)之一是需要小型化、高效率的脈沖電源系統(tǒng),因?yàn)闇p輕武器裝備,是當(dāng)前現(xiàn)代化實(shí)戰(zhàn)的迫切要求，與之相關(guān)的具有高儲(chǔ)能密度和高功率密度的儲(chǔ)能器件是關(guān)鍵,很顯然,超級(jí)電容器是理想的選擇之一。

目前超級(jí)電容器電極材料的研究主要集中在活性炭系列、過渡金屬氧化物和高分子導(dǎo)電聚合物上，因?yàn)檫@些材料在電解質(zhì)中都具有較高的比電容。電解質(zhì)傾向于采用導(dǎo)電率較高的液體電解質(zhì),目的是為了減小內(nèi)電阻。由于在超級(jí)電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,沒有電介質(zhì),使其工作電壓受電解質(zhì)擊穿電壓的限制,導(dǎo)致超級(jí)電容器的單元工作電壓很低。一般水性電解質(zhì)的擊穿電壓小于1.2V,即使是有機(jī)電解質(zhì),它也不超過3.5V,這就限制了超級(jí)電容器的工作電壓范圍。現(xiàn)有的超級(jí)電容器的主要缺點(diǎn)是工作電壓低,內(nèi)電阻大,影響能量的快速釋放,從而限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。

近幾年來,由于脈沖功率技術(shù)的不斷推廣,作為儲(chǔ)能元件,活性炭超級(jí)電容器的比功率特性已經(jīng)滿足不了要求,人們又開始借助于活性物質(zhì)的法拉第氧化還原反應(yīng),進(jìn)行了另一種儲(chǔ)能形式的研究，在眾多材料中,金屬氧化物二氧化釕(RuO₂)最突出,不僅具有較高的比電容(高達(dá)768F/g),而且具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，是目前最理想的電極材料,其電容量主要是來自于二氧化釕和電解質(zhì)溶液之間發(fā)生的高度可逆的氧化還原反應(yīng)。通常制備氧化釕電極材料的方法主要分為兩種，一種是先采用化學(xué)法制氧化釕末，然后將其涂覆在導(dǎo)電基體表面，共同組成超級(jí)電容器的陰極，該方法雖然容易規(guī)模化生產(chǎn)，但其工作電壓低,附著力弱，附著力弱說明接觸電阻大，即導(dǎo)致內(nèi)阻大，內(nèi)阻大則導(dǎo)致電容器在工作功耗大，發(fā)熱多，產(chǎn)品性能劣化快，可靠性低，因此需要在氧化釕粉末中添加粘結(jié)劑來增加產(chǎn)品的附著力，但粘結(jié)劑的會(huì)增加最終產(chǎn)品的內(nèi)阻，降低其可靠性；另一種是采用電化學(xué)法直接在集電極表面制備氧化釕，該方法制備的氧化釕內(nèi)阻低，成膜特性好，但存在工藝復(fù)雜，效率低，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種工藝簡(jiǎn)單、等效串聯(lián)內(nèi)阻低、釕附著力強(qiáng)的混合型超級(jí)電容器高比容率氧化釕電極的制備方法。

一種混合型超級(jí)電容器高比容率氧化釕電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)、配制含釕電鍍液，采用循環(huán)伏安法在鉭箔上電鍍沉積一層厚度在80-200nm的氧化釕電鍍層；

(2)、將含釕化合物、含銥化合物、可溶性有機(jī)粘結(jié)劑按2-6：1：1-2的摩爾比混合均勻；

(3)、將步驟2混合均勻后的含釕混合物與活性導(dǎo)電金屬或活性導(dǎo)電金屬氧化物粉體按1：0.05-1的摩爾比混合均勻形成混合粉料；

(4)、將上述混合粉料與溶劑按1：0.5-10的質(zhì)量比混合調(diào)制成混合漿料，所述溶劑為水、乙醇、乙二醇、丙酮、異丙醇、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃中的一種或幾種；

(5)、將上述混合漿料刷涂或噴涂在步驟1經(jīng)過循環(huán)伏安已電鍍沉積有氧化釕電鍍層的鉭箔基體上，然后將所制得電極在50-120℃的干燥箱烘干10分鐘，烘干后的鉭箔放入150-350℃的熱分解爐中，通入5-50KPa的飽和水蒸汽，熱分解1-8個(gè)小時(shí)；

(6)、后處理工藝以除去電極上的雜質(zhì)和部分活性功能團(tuán)。

進(jìn)一步地，如上所述的混合型超級(jí)電容器高比容率氧化釕電極的制備方法，所述后處理工藝為將電極放置在250℃的高溫飽和水蒸汽中處理30分鐘。