超级电容器氧化钌电极材料的研究进展
超级电容器研究综述
一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。
然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。
140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。
早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。
之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。
电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。
另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。
超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。
目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。
同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。
在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。
超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。
通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。
超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。
但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。
（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。
超级电容器电极材料的研究进展
超级电容器电极材料的研究进展作者：徐梦洁来源：《工业设计》2015年第09期摘要：超级电容器是一种重要的新型储能设备和器件。
它介于传统静电容器和锂离子电池之间，既具有高的功率密度，可实现快速充放电，同时具有可观的能量密度，更长的循环寿命和更宽的使用温度范围。
电极材料是决定超级电容器性能的关键因素，高性能电极材料的制备是目前超级电容器研究的重点。
综述了超级电容器的机理、电极材料的研究现状以及未来展望。
关键词：超级电容器；电极材料；研究进展1 引言为了解决能源枯竭问题和各种非清洁能源对环境造成的负面影响，清洁能源的开发与应用已经成为一个世界性的课题。
用于对能源形式进行转化的光电、光解水产氢等材料与器件的蓬勃发展，以及对能量的富集与存储也是新能源产业不可忽视的重要组成部分。
锂离子电池（LIB）和超级电容器（SC）等电化学储能装置具有可观的能量密度和功率密度，而超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能器件，兼有传统电容器功率密度大和二次电池能量密度高的优点，且充电速度快、循环寿命长、对环境无污染，被广泛应用于汽车工业、航空航天、国防科技、信息技术、电子工业等多个领域。
近年来，研究人员开发了多种电极材料，目前公认将其分为三大类，即碳基电极、金属氧化物、导电聚合物。
目前，超级电容器的电化学性能，尤其是能量密度仍无法满足实际需要。
以活性炭为主的碳基材料电极的比电容值为100～250F/g，尽管在碳基材料的结构、形貌研究方面已有很多进展，但其比电容从根本上受EDLC储电机制的限制而无法提高。
过渡金属氧化物材料（RuO2、MnO2等）赝电容比电容可达300～1000F/g，为碳基材料的10～100倍，但其本身导电性差从而导致其容量释放困难，倍率性能降低。
导电聚合物电极材料通过在聚合物膜中发生快速可逆n型和p型元素掺杂和去掺杂的氧化还原反应从而储存较多电荷。
但当作为块体材料使用时，导电聚合物循环性能差，电容衰减严重，可能是发生了显著的体积变化且导电性降低导致电化学性能严重衰减。
金属化合物超级电容器电极材料研究现状
第52卷第7期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 7 2023年7月 Liaoning Chemical Industry July，2023收稿日期： 2021-07-20金属化合物超级电容器电极材料研究现状王晶鑫，张艳丽*，张强，董亮亮（沈阳化工大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110142）摘 要： 超级电容器是相比于锂离子电池等传统电池更具有优势的电容技术。
电极材料是超级电容器中最重要的组成部分，它决定了超级电容器的性能，故在研究时引起了学者们的高度关注。
由于电极材料的不同，在储能机理上具有不同的性质与差别。
金属化合物作为电极材料中理论比电容优良的材料，具有很高的研究价值。
着重围绕金属氧化物、金属硫化物以及金属氢氧化物3个方面分析，对当前金属化合物作为超级电容器电极材料发展方向和相应的研究进展进行归纳，目的是对金属化合物作超级电容器电极材料方面的优劣势进行一定的认识，从而在其发展研究上提供一些参考。
关 键 词：超级电容器；电极材料；金属氧化物；金属硫化物；金属氢氧化物中图分类号：TM911 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）07-1035-04目前，严重污染环境的煤炭等化石能源存在着消耗殆尽的可能，并且无法再生[1]。
因此，开发新的清洁能源已成为人类所要面临的新问题，而对其进行开发利用正是解决能源问题行之有效的途 径[2]。
但是，这些清洁能源受限于地理位置、自然环境、存储转化率低等问题无法大面积应用。
超级电容器[3]自身也是一种储能设备，可以避开目前新能源应用面临的障碍，实现能量存储和转化的连续性。
其工作电压范围更宽、能量释放更高、循环寿命更长，同时原材料对环境友好。
超级电容器具有两种储能机制：一种是在电极/电解质界面因静电电荷累积而形成的电容，称为双电层电容[4]；另一种是在电极表面上，活性物质欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，产生和电极充电电位相关的电容，称为赝电容[5]。
氧化钌-二氧化钛纳米复合材料的制备及电化学电容性能研究
射线能量色散图。氧化钌-二氧化钛纳米复合材料的能量色散图谱显示出了钌、钛和氧三种
90 元素的特征峰，表明二氧化钛纳米管中形成了氧化钌。表 1 是氧化钌-二氧化钛纳米复合材
料的 EDS 元素含量分析表。元素量化分析结果显示，钌元素的原子百分比为 6.24 %。
Ti
Intensity (arb.units)
本文采用差分脉冲伏安法，以二氧化钛纳米管作为基底材料，水合氯化钌溶液为电解 质，在二氧化钛纳米管中沉积氧化钌，并通过场发射扫描电镜，X 射线能谱仪和拉曼光谱仪 对其进行表面形貌和微结构表征[12, 13]，并采用恒电流循环充放电方法对其进行电化学电容 50 性能测试分析[14]。 1 实验方法 1.1 氧化钌-二氧化钛纳米复合材料的制备
基金项目：教育部博士点基金项目(200802861071)；教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-08-0119)； 国家自然科学基金项目(20871029)；苏州市科技计划项目(SYG201017) 通信联系人：谢一兵，教授，主要研究方向：有序纳米材料. E-mail: ybxie@ 作者简介：张增香(1985-)，硕士研究生，主要研究方向：有序纳米材料
积反应的方法，制备氧化钌-二氧化钛纳米复合材料。采用扫描电子显微镜、X 射线能谱仪
10 和拉曼光谱仪分别表征分析该纳米管复合材料的表面形貌和微结构，采用恒电流循环充放电
方法测试分析该纳米管复合材料的电化学电容性能。研究结果表明，以差分脉冲法制备的氧
化钌-二氧化钛纳米管复合材料的电化学比电容为 33.3 mF cm-2，具有良好的电化学储电性
钌-二氧化钛纳米复合材料。
629 514 393
Intensity (arb.units)
B
氧化物型超级电容器电极材料的研究进展
其介于电容器和电池之间，能储存大量能量，却不能
提供很高的功率密度（＜１ｋＷ／ｋｇ）。超级电容器与
电容器、电池性能对比见表 １。
表 １ 储能设备性能对比 Ｔａｂｌｅ１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔａｂｌｅａｍｏｎｇｓｅｌｅｃｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
７９７
度和能量密度的主要因素是电极材料的组成及其微 观结构。目前超级电容器电极材料主要有碳材料、 金属氧化物、导电聚合物等。碳材料一般用作双电 层电容器的电极材料，具有稳定性高、比表面积大等 优点。但是它的储能机理是双电层电容，比电容低， 电化学性能差；导电聚合物单独应用时性能也比较 差；而过渡金属氧化物因其储能机理是赝电容，主要 是通过氧化还原反应储能，所以比电容相对较高。
摘 要：氧化物型电极材料可以发生可逆的氧化还原反应从而具有较大的赝电容，其比容量远远大于活性炭材料 的双电层电容，而且使 用 寿 命 长，维 护 简 单，具 有 广 阔 的 应 用 前 景。 主 要 论 述 了 超 级 电 容 器 用 氧 化 物 电 极 材 料 （ＲｕＯ２、ＭｎＯ２、ＮｉＯ和 Ｃｏ３Ｏ４等）的储能原理、制备和性能的研究现状。 关键词：氧化物；电极材料；超级电容器；研究进展 中图分类号：ＴＱ１５３；ＴＭ ５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－３２０６（２０１８）０４－０７９６－０４
Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ
ＦＥＮＧＤｏｎｇｄｏｎｇ１，２，ＬＩＱｉａＷｅｉ１，２
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｕｂｓｕｒｆａｃｅＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｆｆｅｃｔｓｉｎＡｒｉｄＲｅｇｉｏｎ， ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ）
超级电容器电极材料的研究发展_王康
超级电容器电极材料的研究发展_王康超级电容器电极材料的研究发展王康余爱梅郑华均(浙江工业大学绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地，浙江杭州310014)摘要：电极是超级电容器一个重要的组成部分，电极材料是决定超级电容器性能最重要的因素。
本文主要综述了超级电容器的性能优点、工作原理、应用前景，并详细介绍了碳素材料、过渡金属氧化物、导电聚合物等三类超级电容器电极材料的研究进展。
关键词：超级电容器；双电层电容器；法拉第电容器；电极材料收稿日期：2009-11-13作者简介：王康(1985-),男,浙江湖州人,浙江工业大学在读硕士研究生。
文章编号:1006-4184（2010）04-0018-051超级电容器及其电极材料超级电容器也叫电化学电容器，是一种介于蓄电池和传统静电电容器之间的储能装置。
与常规静电电容器不同，其容量可达法拉级至数千法拉，功率密度大，良好的的可逆性能（90%~95%），循环寿命长（>105次）[1]。
另外其完成充电时间短，可以作为大功率脉冲电源，能大电流瞬时充放电，广泛应用于数据记忆存储系统、便携式仪器设备、后备电源、通讯设备、计算机、电焊机、充磁机、闪光灯、燃料电池、电动车混合电源等领域。
随着绿色电动汽车的研制，超级电容器的研究也进入了一个全新时期。
根据储能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第电容器。
双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通常采用高比表面积的碳材料；法拉第电容器是利用快速、高度可逆的化学吸附/脱附和氧化/还原反应，从而产生比双电层电容更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化物和导电聚合物[2]。
在超级电容器的研究中，许多工作都是围绕着开发各种具有高比能量、高比功率的极化电极材料进行的。
具有高比表面积、较小内阻的碳素材料已广泛应用于双电层电容器；采用过渡金属氧化物、水合物材料和掺杂聚合物的法拉第电容器也逐渐得到开发应用。
氧化钌超级电容器电极材料的制备
收稿日期：2003-08-25基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（9910300501）·作者简介：霍玉秋（1970-），女，黑龙江克东人，东北大学博士研究生，讲师；翟玉春（1946-），男，辽宁鞍山人，东北大学教授，博士生导师·第25卷第3期2004年3月东北大学学报（自然科学版）JoLrnal o f Nort heastern U ni versit y （N at Lral S cience ）V o l.25，No.3!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!M ar .2004文章编号：1005-3026（2004）03-0261-04二氧化硅／氧化钌超级电容器电极材料的制备霍玉秋1，闫玉涛2，翟玉春1，李明东1（1.东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004；2.东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110004）摘要：以水合三氯化钌和正硅酸乙酯为原料，以钛片为基底，采用热分解氧化法制备了二氧化硅／氧化钌复合膜电极，利用扫描电子显微镜观察电极表面形貌，利用循环伏安曲线法研究电极的电容性能·考察了原料配比，烧结温度，烧结时间等制备条件对电极电容性能的影响·结果发现，二氧化硅／氧化钌复合膜电极具有优良的电容性能，当水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量的比为512，烧结温度为350C ，烧结时间为1h 时单电极的比容量最高可达137mF ·c m -2，比文献值提高了近3个数量级·关键词：二氧化硅；氧化钌；复合材料；膜电极；电容性能；热分解氧化法中图分类号：TM 242文献标识码：A超级电容器是近年出现的一种新型储能器件·通常采用高比表面积的碳材料或贵金属氧化物作电极，通过法拉第反应而产生“准电容”，容量为传统电容器的20!200倍［1，2］·氧化钌具有150!260"F ·c m -2的高电容［3］·在相同的电极面积下，氧化钌等贵金属氧化物的比电容是碳材料的10倍以上，并且氧化钌具有10-5#·c m -1数量级的低电阻率［4］，因此采用氧化钌作为超级电容器的电极材料是合适的·但由于氧化钌的价格昂贵，限制了它的应用·因此研究者一直在寻找能够在保持材料特性的前提下降低材料成本的方法·其中，制备二元系金属氧化物电极是行之有效的方法［5，6］·T akasL 等人采用反复浸渍法在钛基体上制备了R LO 2-M oO 3复合材料电极［7］·另外，他们还成功地制备了R LO 2-VO !的混合物［8］，R LO 2-T i O 2的混合物［9］，R LO 2-S nO 2的混合物［10］·但R LO 2-S i O 2复合材料电极的制备还无人涉及，因此，这方面的工作具有重要的意义·1实验部分1.1钛电极基体的预处理将钛片用粗砂纸打磨，以清除表面杂质，然后分别用去离子水，洗涤剂清洗，去油后将钛片放入80C ，6m o l ·L -1的盐酸溶液中，加热1h 后用水洗去表面的盐酸，放入90C 烘箱中空气干燥12h ·1.2二氧化硅溶胶的制备取无水乙醇和去离子水体积比为111的溶液少量倒入小烧杯中，放在磁力加热搅拌器上搅拌，加入少量1%稀盐酸，随后逐滴加入适量T EO S ·室温下搅拌约20m i n ，陈化2h ，即得二氧化硅溶胶·1.3二氧化硅／氧化钌复合膜电极的制备将一定浓度的三氯化钌溶液与二氧化硅溶胶按一定比例混合，充分搅拌·采用提拉法将其涂到已经处理好的钛片上，将涂好的钛片放入瓷舟内于45C 热板上加热约5m i n ，至表面平滑、基本干燥，拿下来放到空气中冷却至室温之后重复涂一次·再放回热板上并将热板逐渐缓慢升温至200C ，再转移到已升温到200C 的电阻炉中，继续缓慢升温到烧结温度一定时间后取出试样，室温下冷却·1.4电化学性能测试及电极表面形貌观察采用SH I M ADZU SSX -550型扫描电镜观察复合膜电极的表面形貌·电化学测量采用美国PARC 273型电化学综合测试仪，采用三电极体系：饱和甘汞电极作参比电极，铂电极作辅助电极，复合膜电极作工作电极（电极面积为0.2826c m 2）·电解质溶液为0.10m O l ·L -1~2SO 4溶液·2结果与讨论2.1水合三氯化钌与正硅酸乙酯的配比对复合膜电极电容性能的影响固定电极制备的最终烧结温度为400C ，烧结时间为30m i n ·分别取水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为510，511，512，513和514，进行循环伏安检测分析·其循环伏安曲线如图1所示（饱和甘汞电极为参比电极，扫描速度为20mV ·S -1）·由循环伏安曲线计算电极材料的电容量计算公式为!="／#［4］，其中"为电流，#为扫速·在循环伏安曲线上选择250mV 处取电流值，计算复合膜电极的电容及单电极比容量值，并将比例与比容量之间的关系绘制成图2·图1不同配比的复合膜电极循环伏安曲线F i 9.1C y c l i c vo l t ammo 9r ams o f com P os i t e fi l me l ec tr odes w i t h d i ff e r ent !（Ru ）I !（S i ）i n 0.10mo l ·l -1H 2SO 4so l ution图2比容量与原料配比之间的关系F i 9.2Re l ati onshi P be t ween s P ec i fi c ca P ac i t y and !（Ru ）I !（S i ）由图2可知，对于复合膜电极的单电极比容量而言，水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比有一最佳值，即水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为512时复合膜电极的电容性能最好·当比值为511和514时，复合膜电极的单电极比容量反而比单纯氧化钌电极（510）的单电极比容量低·2.2烧结温度对复合膜电极电容性能的影响其他实验条件固定（即水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为512，烧结时间为30m i n ），选择350，400，500，600，700C ，5个温度作为最后烧结温度制备复合膜电极·不同烧结温度的复合膜电极的循环伏安叠加曲线见图3（饱和甘汞电极为参比电极，扫描速度为20mV ·S -1）·在循环伏安曲线上选择250mV 处取电流值，计算得到复合膜电极的电容值及比容量值，并将比容量与温度之间的关系绘制成图4·由图4可知，随着烧结温度的升高，复合膜电极的比容量直线下降·以最低温度350C 时的比容量最高·这与烧结温度影响氧化钌的晶型及二氧化硅的粒度有关·温度过高，可引起二氧化硅粒子长大，从而使电极的比表面积降低，比容量降低·温度低于350C ，三氯化钌又不易分解·图3不同烧结温度的复合膜电极循环伏安曲线F i 9.3C y c li c vo l t ammo 9r am s o f com P os i t e fi l me l ec tr odes of d i ff e r ent s i nt e ri n 9t em P e r a ture图4比容量与烧结温度之间的关系F i 9.4Re l a ti onshi P be t w een s P ec i fi c ca P ac i t y ands i nt e ri n 9t em P e r a tur e2.3烧结时间对复合膜电极电容性能的影响在其他实验条件不变的情况下，即水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为512，烧结温度为最佳值350C ，选择0.5!7h 间的6个不同的烧结时间制备复合膜电极·其循环伏安曲线见图5（饱和甘汞电极为参比电极，扫描速度为20mV ·S -1）·由计算所得复合膜电极的比容量值与烧结时间之间的关系如图6所示·由图可知，烧结时间为1h 时复合膜电极的比容量最高，达137m F ·c m -2·时间过短或过长都使比容量值下降·这是由于时间过短262东北大学学报（自然科学版）第25卷三氯化钌分解不完全，活性物质少，比容量低·时间过长，二氧化硅粒子相互聚集而长大，比表面积降低而使比容量降低·图5不同烧结时间的复合膜电极的循环伏安检测曲线F i 9.5C y c l i c vo l t ammo 9r am s o f com P os i t e fi l m e l ec tr ode o f d i ff e r ent s i nt e ri n 9time 图6比容量与烧结时间之间的关系F i 9.6Re l a ti onshi P be t w een s P ec i fi c ca P ac i t y ands i nt e ri n 9ti me2.4复合膜电极的表面形貌水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为5$2，烧结温度350C ，烧结时间30m i n ，放大2000倍时复合膜电极的SEM 照片见图7·能谱分析表明电极主要由硅、钌、氧元素构成，还有少量的碳和钛·由图可知，S i 与R u 的氧化物分布均匀，且白色二氧化硅非常细小，为100nm 左右，这样氧化钌的图7复合膜电极的扫描电镜图F i 9.7S Em m i c r o 9r a P h o f com P os i t e fi l m e l ec tr ode比表面积大大增加·由于R uO 2的准电容来自电极表面及体相的氧化还原反应，比容量与比表面积成正比，因此，加入二氧化硅后复合膜电极的比容量大大提高·3结论（1）水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比，烧结温度，烧结时间都对复合膜电极的比容量有很大影响·当制备条件为水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为5$2，烧结温度为350C ，烧结时间为1h 时比容量最佳，达到137mF ·c m -2，比文献值提高了近3个数量级·（2）加入二氧化硅之所以提高了单电极比容量是由于该法制得的二氧化硅粒度小，使得氧化钌的比表面积大大增加，而单电极比容量又与比表面积成正比·参考文献：［1］C onw a y B E.T rans ition from “S u p erca p acitor ”to “B atter y ”behavior i n e lectroche m ical ener gy stora g e ［J ］.J e lectroche mS oc ，1991，138（6）：1539-1548.［2］隋升，顾军，李光强，等·燃料电池电极用多孔碳板［J ］·东北大学学报（自然科学版），2000，21（2）：207-209·（S ui S ，G u J ，L i G @，et al .porous carbon p late f or f ue l ce lle lectrodes ［J ］.Journal of N ort heastern unioersit y （Nat ural S cience ），2000，21（2）：207-209.）［3］R aistrick I D.e lectroche m istr y o f se m iconductors andelectronics P rocesses and deo ices ［M ］.park R i d g e ：N o y es pub lication ，1992.297-298.［4］Zhen g J p ，C yg an p J ，Jow T R.~y drous rut hen i u m ox i deas an e lectrode m aterial f or e lectroche m ical ca p acitors ［J ］.Je lectroche m S oc ，1995，142（8）：2699-2703.［5］E ric F ，R exer D B ，W ilbur J L ，et al .production of m etalox i de t h i n fil m s b y p ulsed arc m o lecular bea m de p os ition ［J ］.r eo ie z o f S cienti f ic i nstru m ents ，2000，71（5）：2125-2130.［6］~u C C ，~uan g Y ~，E ff ects o f p re p aration variab les on t hede p os ition rate and p h y s ico -che m ical p ro p erties o f h y drousrut hen i u m ox i de f or e lectroche m ical ca p acitors ［J ］.e lectrochi m ica a ct a ，2001，（46）：3431-3444.［7］T akasu Y ，M uraka m i Y ，N aka m ura T.D i p -coated Ru-M o -O ／T i e lectrodes f or e lectroche m ical ca p acitors ［J ］.c he m istr yL etters ，1998，（12）：1215-1216.［8］T akasu Y ，N aka m ura T ，O hka w auch i ~，et al .D i p -coatedRu-V ox i de e lectrodes f or e lectroche m ical ca p acitors ［J ］.Je lectroche m S oc ，1997，144（8）：2601-2606.［9］K a m e y a m a K ，S hoh j i S ，O noue S ，et al .T he a pp lication o fscann i n g au g er m icrosco py to t he surf ace characterization of Ru O 2-T i O 2coated titan i u m e lectrodes ［J ］.J e lectroche mS oc ，1993，140（4）：966-969.［10］L to M ，M uraka m i Y ，K a j i ~，et al .S urf ace characterizationof Ru O 2-S nO 2coated titan i u m e lectrodes ［J ］.J e lectroche mS oc ，1996，143（1）：32-36.362第3期霍玉秋等：二氧化硅／氧化钌超级电容器电极材料的制备Pre p arati on of s ilica-rut heni u m D i oxi de as Co m p osite M ateri al f orF il m E lectrode of su p erca p acit orHUO Y u -Z iu 1，YAN Y u -taO 2，ZHA I Y u -ciun 1，L I m in g -dOn g 1（1.s choo l o f M aterials &M etallur gy ，N ort heastern U n ivers it y ，s hen y an g 110004，Ch i na ；2.s choo l o f M echan icalEn g i neeri n g &A utom ation ，N ort heastern U n ivers it y ，s hen y an g 110004，Ch i na .C orres p ondent ：~UO Y u-C i u ，E-m ail ：huo y u C i u !e y ou .com ）Abstract ：T he com p os ite m aterial s ilica-rut hen i u m d iox i de w as p re p ared t hrou g h t her m o l y tic ox i dation f or t he fil me lectrodes o f su p erca p acitor ，taki n g ruC l 3·O ~2O m i xed w it h TEO s as ra w m aterial and T i s li de as substrate.T he surf ace m or p ho lo gy o ffil m e lectrode w as observed b y sEM ，and t he ca p acitive p ro p ert y o f t hat w as stud ied t hrou g h c y clic vo lta mm etr y to anal y Ze how t he m i x i n g ratio o f TEO sto ruC l 3·O ~2Oand t he s i nteri n g te m p erature ／ti m e aff ect t he ca p acitive p ro p ert y .T he results show t hat t he fil m e lectrode m ade fromt he com p os ite m aterial has exce llent ca p acitive p ro p ert y ，e.g .，t he s p ecific ca p acitance can be u p to 137mF ／c m 2if t he m i x i n g ratio is 5 2w it h s i nteri n g te m p erature ／ti m e at 350C and f or 1h ，wh ich m eans near t hreeorders o f m a g n itude are availab le to i ncrease g reatl y t he s p ecific ca p acitance i n com p arison w it h t he results as show n i n ref erence.K e y words ：s ilica ；rut hen i u m d iox i de ；com p os ite m aterial ；fil m e lectrode ；ca p acitive p ro p ert y ；t her m o l y tic（r eceio ed A u g ust 25，2003""""""""""""""""""####）待发表文章摘要预报文件系统索引结构的研究李晶皎，何敬禹，郑牧野，王爱侠在分析常用文件系统索引结构的基础上，提出了一个文件系统动态存储和索引结构，层次散列索引模型（~ierarch ical ~ash i n g I ndex M ode l ，~I M ）·~I M 应用动态散列技术，以线性散列表（L i near ~ash i n g T ab le ）为基本结构，并辅以专门设计的字符序列映射函数，整体上优化了~I M 结构，提高了文件系统的索引性能·~I M 是文件系统索引结构的抽象模型，可应用于任何文件系统的设计中·一种基于链路稳定性的自组网成簇算法赵春晓，王光兴，刘彪简要介绍了多跳无线自组织网络的特征并和相关的工作进行了比较，鉴于自组织网络的高度动态拓扑且缺少固定架构，提出了一个新的时间度定义·通过分析两个相邻节点的链路关系，建立了基于两个相邻节点的链路寿命的网络模型·为了产生每个链路的代价以获得更稳定的链路，调查了预测技术的使用·提出了一个基于运动预测机制的分布式成簇策略·仿真结果表明，该方法的稳定性优于最高连通度成簇算法~D 和最低标识符成簇算法LCC ·一种新型卫星网管协议的P e t r i 网描述与验证赵建立，闻英友，王闯，王光兴介绍了一种新型的卫星网网络管理协议，阐述了此协议服务联系和服务原语的设计，利用P etri 网描述协议的方法，对此网络管理协议模型进行了形式化描述，并利用P etri 网的可达性分析、S -不变量分析和T -不变量分析对此协议进行了逻辑正确性验证，确保了此协议具有有界性、活性、守恒性、完整性、前进性等性质，从而减少了协议设计中潜在的错误，为此协议的实现打下了良好的基础·462东北大学学报（自然科学版）第25卷二氧化硅/氧化钌超级电容器电极材料的制备作者：霍玉秋， 闫玉涛， 翟玉春， 李明东作者单位：霍玉秋,翟玉春,李明东(东北大学材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004)， 闫玉涛(东北大学机械工程与自动化学院,辽宁,沈阳,110004)刊名：东北大学学报(自然科学版)英文刊名：JOURNAL OF NORTHEASTERN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)年，卷(期)：2004,25(3)被引用次数：1次1.CONWAY B E Transition from "Supercapacitor" to "Battery" behavior in electrochemical energy storage 1991(06)2.隋升;顾军;李光强燃料电池电极用多孔碳板[期刊论文]-东北大学学报(自然科学版) 2000(02)3.Raistrick I D Electrochemistry of semiconductors and electronics processes and devices 19924.ZHENG J P;Cygan P J;Jow T R Hydrous ruthenium oxide as an electrode material for electrochemical capacitors[外文期刊] 1995(08)5.Eric F;Rexer D B;Wilbur J L Production of metal oxide thin films by pulsed arc molecular beam deposition[外文期刊] 2000(05)6.Hu C C;Huang Y H Effects of preparation variables on the deposition rate and physico-chemical properties of hydrous ruthenium oxide for electrochemical capacitors[外文期刊] 2001(46)7.TAKASU Y;Murakami Y;Nakamura T Dip-coated Ru-Mo-O/Ti electrodes for electrochemical capacitors [外文期刊] 1998(12)8.TAKASU Y;Nakamura T;Ohkawauchi H Dip-coated Ru-V oxide electrodes for electrochemical capacitors[外文期刊] 1997(08)9.Kameyama K;Shohji S;Onoue S The application of scanning auger microscopy to the surface characterization of RuO2-TiO2 coated titanium electrodes[外文期刊] 1993(04)10.Lto M;Murakami Y;Kaji H Surface characterization of RuO2-SnO2 coated titanium electrodes[外文期刊] 1996(01)1.李锋硅基铁电电容器导电阻挡层的研究[学位论文]20072.王新宏.卢冠忠.刘晓晖.郭杨龙Sol-gel法制备的MoO<,3>/SiO<,2>催化剂及其在丙烯环氧化反应中的应用[会议论文]-20023.杜宝安.董丽新.高慧颖.DU Baoan.Dong Lixin.GAO Huiying固相法制备超细二氧化硅粉体[期刊论文]-材料导报2005,19(z1)4.周浪.李俊.丁军平.赵立英.刘长生.ZHOU Lang.LI Jun.DING Jun-ping.ZHAO Li-ying.LIU Chang-sheng纳米二氧化硅模板的制备[期刊论文]-化学与生物工程2005,22(8)5.朱仕惠.周浪.刘长生.ZHU Shi-hui.ZHOU Lang.LIU Chang-sheng烧结温度对SiO2胶体晶体模板结构的影响研究[期刊论文]-化学与生物工程2007,24(10)6.黎小辉.黎运宇.甘卫平.欧定斌.LI Xiao-hui.LI Yun-yu.GAN Wei-ping.OU Ding-bin超级电容器氧化物电极材料的研究进展[期刊论文]-广东有色金属学报2006,16(1)1.罗曼.张丹丹.何俊佳降低双电层电容器等效串联内阻的研究进展[期刊论文]-高电压技术 2005(12)。
超级电容器电极材料研究进展
超级电容器电极材料研究进展一、本文概述随着能源危机和环境污染问题日益严重，高效、环保的能源存储和转换技术成为了全球科研工作的热点。
超级电容器，作为一种新型的储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命等优点，在电动汽车、电子设备、可再生能源系统等领域具有广阔的应用前景。
电极材料作为超级电容器的核心组成部分，其性能直接影响着超级电容器的整体性能。
因此，研究和开发高性能的超级电容器电极材料成为了当前的研究重点。
本文旨在全面综述超级电容器电极材料的研究进展，包括各类电极材料的性能特点、合成方法、改性策略及其在超级电容器中的应用。
文章首先介绍了超级电容器的基本原理和分类，然后重点分析了碳材料、金属氧化物、导电聚合物等常见电极材料的性能优势和存在的问题。
接着，文章综述了近年来通过纳米结构设计、复合改性、表面修饰等手段提高电极材料性能的研究进展。
文章展望了超级电容器电极材料未来的发展方向和潜在应用领域。
通过本文的阐述，期望能够为超级电容器电极材料的研究和应用提供有益的参考和启示。
二、超级电容器电极材料分类超级电容器的性能与电极材料的特性密切相关，因此，对电极材料的研究一直是超级电容器领域的热点。
根据材料种类的不同，超级电容器的电极材料主要分为碳材料、金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物以及复合材料等几大类。
碳材料：碳材料是超级电容器中应用最广泛的一类电极材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
这类材料具有比表面积大、导电性好、化学稳定性高等优点，适合用作双电层电容器的电极材料。
然而，碳材料的储能机制主要是物理吸附，因此其能量密度相对较低。
金属氧化物/氢氧化物：金属氧化物/氢氧化物如RuO₂、MnO₂、NiOOH 等，具有较高的赝电容特性，能够实现快速的氧化还原反应，从而提供更高的能量密度。
然而，这类材料的导电性较差，且在充放电过程中体积变化较大，容易导致电极结构破坏，影响循环稳定性。
导电聚合物：导电聚合物如聚吡咯、聚噻吩等，具有良好的导电性和赝电容特性，是超级电容器电极材料的另一类重要选择。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水合
RuO2
水合氧化钌具有微孔或纳米孔表面结构、高度的无定形氧化态、高度的 氢氧基和含水等特征, 局部结构具有质子、电子迁移的畅通路径, 电解液 容易进入活性物质内部, 以它为电极材料组成超级电容器, 不仅在电极活 性物质表面, 而且在体相界面上均能发生高度可逆的快速氧化还原反应, 因此所储存的比能量、比容量大大提高。
一般低于150 ℃煅烧时, RuO2·x H2O的X射线衍射光谱 (XRD)图上没有可辨别的峰,为无 序结构。热处理温度高于200℃, 即能看到尖锐的衍射峰,无定形 结构转变成了晶体结构。当然结 构转变温度会因溶胶凝胶过程中 的具体方式而偏高或偏低。
氧化钌复合电极材料的研究
氧化钌 与碳基材 料的复合 氧化钌与 其它过渡 金属氧化物 的复合
氧化钌形态结构及荷电机理
在酸性溶液中, 氧化钌的氧化还原反应一般可简单地表示为: RuOa（OH）b+бH++бe+=RuOa-б（OH）b+б 由于溶胶凝胶法所制备的水合氧化钌准电容大,因此目前以该方法制备超级 电容器用氧化钌材料的居多。溶胶凝胶法制备的氧化钌前驱体后期一般要 进行热处理, 产物的形态结构对热处理温度很敏感（图二）。
超级电容器氧化钌电极材料的研究进展
Contents
超级电容器简介 超级电容 器氧化钌 电极材料 氧化钌的化学制备方法 氧化钌形态结构及荷电机理 氧化钌复合电极材料的研究 氧化钌复合电极材料的发展方向
超级电容器简介
超级电容器
采用RuO2的超电容器 概念： 的电容是在氧化物电 超级电容器是一种新型电化学储能装置, 是指采用高比表面积碳材料或 RuO2等贵 极表面及体相发生的 采用碳材料的超 金属氧化物作电极 倍的电化学电容器，以其数十倍 Faraday 双电层 ,容量为传统电容器的20-200 氧化还原反应而产生 电容器的储能机 于蓄电池的比功率, 以及数百倍于物理电容器的比能量而引起电源界的广泛重视 电容 准电容 的吸附电容，由于该 。 理是基于碳电极 类电容的产生机制与 /电解液界面上 双电层电容不同并伴 电荷分离所产生 随电荷传递过程的发 的双电层电容 生，这种电容被称为 (double layer Faraday准电容 （ capacitance) Faradaicpseudocapacitance）。
发展方向： 未来的发展方向是尽量减少钌的用量，开发氧化钌与其他 廉价无毒材料的复合电极材料，尤其是氧化钌与高比表面 积碳材料的结合最被看好。
10
超级电容器简介
双电层电容电极材料主要为高比表面积碳材料,以双 电层形式储存能量(图1);
法拉第准电容电极 材料为过渡金属氧 化物和导电聚合物, 以活性物质表面及 体相所发生的快速 可逆的氧化还原反 应形式储存能量。
氧化钌的化学制备方法
热分 解氧 化法 电化 学沉 积法 溶胶 凝胶 法
热分解氧化法制得的 RuO2不含结晶水, 属于晶体 结构, 其比容量一般不及溶胶凝胶法所合成的水合 氧化钌。
电化学沉积法便于直接制膜, 膜厚度也易控 制。一般以金箔、碳材料或镀金物质等为沉 积基体, 电解液形式多样。
溶胶凝胶法是一种低温合成方式,制备的钌氧 化物通常为无定形水合物,已有超过 700 F/g 的比容量。
氧化钌形态结构及荷电机理
无水
RuO2
无水 RuO2为金红石形式晶体结构, 具有 d 键导电性, 用作电极 材料时, 电解液不易进入材料内部, 只在材料的表面发生反应, 比容量低。
在聚合物表面上产生 较大的双电层的同时， 通过导电聚合物在充 放电过程中的氧化、 还原反应，在聚合物 膜上快速生成ｎ型或 ｐ型掺杂，从而使聚 合物存储很高密度的 电荷，产生很大的法 拉第电容，具有很高 的电化学活性。
氧化钌复合电极材料的发展方向
优缺点： 无论是从比容量还是从充放电特性来讲，氧化钌的综合性 能都是最好的，但缺陷是氧化钌资源较为紧缺，且价格昂 贵，并且金属钌对环境有污染。
RuO2的比表面积随 着混合金属氧化物 的引入而提高，用 这些廉价材料可降 低成本，当然功能 也随之降低，但也 有因电化学性能上 的协同作用使材料 整体性能提高的情 况。
氧化钌与导 电聚合物 的复合
可用做电化学超级 电容器电极的碳材 料主要有活性炭粉 末、碳黑、碳纤维、 。 玻璃碳、碳气溶胶、 碳干溶胶、纳米碳 管等。对于碳材料， 采用高比表面积可 得到高电容。