專利名稱：一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種納米電極材料的制備方法。具體涉及一種快速制備導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料的方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)，能源問(wèn)題無(wú)庸置疑是世界各國(guó)面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。隨著全球變暖等氣候問(wèn)題的日益嚴(yán)峻以及常規(guī)化石燃料的日益枯竭，人們對(duì)清潔交通和清潔能源的需求變得尤為迫切。超級(jí)電容器是一種新型的介于蓄電池和傳統(tǒng)電介質(zhì)電容器之間的新型儲(chǔ)能器件，被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、通訊等各個(gè)領(lǐng)域，被世界各國(guó)所廣泛關(guān)注。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同，超級(jí)電容器可分為兩種類型雙電層電容器和法拉第贗電容器。 前者是基于電極(高比表面積活性炭)/電解液界面電荷分離產(chǎn)生的雙電層，后者是在電極的表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸脫附或氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生和電極充電電位有關(guān)的電容。在相同電極面積的情況下，它的容量是雙電層電容的幾十倍。在各種電極材料中，氧化釕電極材料不僅具有高的理論比容量(> 1000F/g)和高的電導(dǎo)率，而且具有較寬的電位窗和優(yōu)異的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，因此，被公認(rèn)為是一種性能優(yōu)異的超級(jí)電容器電極材料。然而，氧化釕不僅價(jià)格昂貴，而且在制備過(guò)程中極容易形成較大的團(tuán)聚體，顯著降低了氧化釕的電化學(xué)利用率，導(dǎo)致其電化學(xué)性能變差，從而抑制其大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。為了充分利用氧化釕的電化學(xué)利用率、降低成本，以各種導(dǎo)電碳(碳納米管、石墨烯等)為基體材料，制備均勻分散的氧化釕納米復(fù)合材料受到了人們的廣泛關(guān)注。目前，碳/氧化釕的制備方法主要有以下幾種(I)采用傳統(tǒng)方法，即將碳材料加入到三氯化釕溶液中，然后采用堿液對(duì)三氯化釕進(jìn)行沉淀，再進(jìn)行水熱反應(yīng)制備碳負(fù)載氧化釕(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01010295214. 8) ；(2)采用氧化劑直接氧化三氯化釕，即將碳材料加入到三氯化釕溶液中，然后采用氧化劑緩慢氧化三氯化釕制備碳負(fù)載的氧化釕(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610033782.4)。然而，上述兩種方法不僅工藝復(fù)雜，而且耗時(shí)、能源消耗大，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、快速節(jié)能且可大批量生產(chǎn)的快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(I)將導(dǎo)電碳材料加入到蒸餾水中，超聲分散制備導(dǎo)電碳材料的分散液；(2)將含釕前驅(qū)物加入到步驟⑴所得的分散液中，攪拌使之完全溶解；(3)將步驟(2)所得的混合液進(jìn)行加熱處理，得到黑色沉淀；(4)將步驟(3)所得的黑色沉淀過(guò)濾、洗滌，真空干燥即得導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料。本發(fā)明還可以包括
I、所述的導(dǎo)電碳材料為導(dǎo)電炭黑、碳納米管、碳纖維或石墨烯中的一種或兩種以上的任意比例混合物。2、所述的導(dǎo)電碳材料的分散液的濃度為O. 001-0. lg/mL，所述超聲分散的時(shí)間為O.l_20h。3、所述的釕前驅(qū)物為KRu04。4、導(dǎo)電碳材料與KRuO4的重量比為1:0. 1_1:200。5、所述加熱處理為微波加熱，功率為400-2000W，微波加熱時(shí)間為l_30min。6、所述真空干燥的干燥溫度為60_150°C，干燥時(shí)間為2_48h。針對(duì)以通用技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本 低廉、快速節(jié)能且可大批量生產(chǎn)的導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料的制備方法。本方法制備的導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合材料，不僅具有良好的導(dǎo)電性，而且使得氧化釕以納米級(jí)的離子高度分散在導(dǎo)電碳的表面，顯著提高了氧化釕的電化學(xué)利用率。將其作為超級(jí)電容器電極材料，不僅具有高的比容量、良好的功率特性，而且具有良好的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提出的導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、制備過(guò)程環(huán)境友好、快速節(jié)能且可大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明提出的制備方法不經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的三氯化釕與堿性物質(zhì)沉淀后再處理的復(fù)雜工藝，所制備的氧化釕粒子更細(xì)小，在導(dǎo)電碳材料的表面分散更加均勻，并且氧化釕的產(chǎn)率較高。所制備的電極材料具有比容量高、內(nèi)阻低、能量密度和功率密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，因此該電極材料有望作為一種高性能的超級(jí)電容器電極材料應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，將具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例6所制備的導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料的比容量曲線。圖2為本發(fā)明實(shí)施例6所制備的導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料的循環(huán)壽命曲線。
具體實(shí)施例方式下面舉例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明導(dǎo)電碳材料與KRuO4的重量比一般在5:1-1:200。實(shí)施例I(A)導(dǎo)電碳/氧化釕電極材料的制備首先，將O. Ig碳納米管加入到IOOmL蒸餾水中，超聲lh，然后稱取20g KRuO4，加入到上述混合液中，攪拌使其充分溶解，待完全溶解后置于功率為1000W的微波加熱設(shè)備中加熱Imin ;將得到的黑色沉淀過(guò)濾、充分洗滌，60°C真空干燥48h，即得導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料。(B)電極的制備及性能測(cè)試將制得的復(fù)合電極材料、導(dǎo)電炭黑、聚四氟乙烯(5wt%)、乙醇按照80:10:5:5的比例混合均勻制成漿料，均勻涂覆在不銹鋼集流體上，110°C真空干燥10h，以lmol/L硫酸溶液為電解液，采用三電極體系，循環(huán)伏安測(cè)試復(fù)合材料的比容量。
實(shí)施例2將O. 5g碳納米管和O. 5g導(dǎo)電炭黑，加入到IOmL蒸餾水中，超聲10h，然后稱取O. Ig KRuO4，加入到上述混合液中，攪拌使其充分溶解，待完全溶解后置于功率為400W的微波加熱設(shè)備中加熱30min ;將得到的黑色沉淀過(guò)濾、充分洗滌，120°C真空干燥2h，即得導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料。電極的制備與測(cè)試方法同實(shí)施例I。實(shí)施例3將O. Ig導(dǎo)電炭黑，加入到50mL蒸餾水中，超聲6h，然后稱取Ig KRuO4，加入到上述混合液中，攪拌使其充分溶解，待完全溶解后置于功率為600W的微波加熱設(shè)備中加熱IOmin ;將得到的黑色沉淀過(guò)濾、充分洗滌，80°C真空干燥10h，即得導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料。電極的制備與測(cè)試方法同實(shí)施例I。 實(shí)施例4將O. 08g導(dǎo)電碳纖維和O. 02g石墨烯,加入到50mL蒸懼水中，超聲15h,然后稱取2g KRuO4，加入到上述混合液中，攪拌使其充分溶解，待完全溶解后置于功率為1000W的微波加熱設(shè)備中加熱4min ;將得到的黑色沉淀過(guò)濾、充分洗滌，120°C真空干燥6h，即得導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料。電極的制備與測(cè)試方法同實(shí)施例I。實(shí)施例5將O. Ig導(dǎo)電碳纖維,加入到50mL蒸懼水中，超聲O. Ih,然后稱取I. 5g KRuO4,加入到上述混合液中，攪拌使其充分溶解，待完全溶解后置于功率為2000W的微波加熱設(shè)備中加熱6min ;將得到的黑色沉淀過(guò)濾、充分洗滌，150°C真空干燥8h，即得導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料。電極的制備與測(cè)試方法同實(shí)施例I。實(shí)施例6將O. Ig石墨烯，加入到IOOmL蒸餾水中，超聲20h，然后稱取IOg KRuO4，加入到上述混合液中，攪拌使其充分溶解，待完全溶解后置于功率為700W的微波加熱設(shè)備中加熱5min ;將得到的黑色沉淀過(guò)濾、充分洗滌，100°C真空干燥12h，即得導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料。電極的制備與測(cè)試方法同實(shí)施例I。
權(quán)利要求
1.一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法，其特征是 (1)將導(dǎo)電碳材料加入到蒸餾水中，超聲分散制備導(dǎo)電碳材料的分散液； (2)將含釕前驅(qū)物加入到步驟(I)所得的分散液中，攪拌使之完全溶解； (3)將步驟(2)所得的混合液進(jìn)行加熱處理，得到黑色沉淀； (4)將步驟(3)所得的黑色沉淀過(guò)濾、洗滌，真空干燥即得導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法，其特征是所述的導(dǎo)電碳材料為導(dǎo)電炭黑、碳納米管、碳纖維或石墨烯中的一種或兩種以上的任意比例混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法，其特征是所述的釕前驅(qū)物為KRuO4。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法，其特征是導(dǎo)電碳材料與KRuO4的重量比為1:0. 1-1:200。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法，其特征是所述的導(dǎo)電碳材料的分散液的濃度為O. 001-0. lg/mL，所述超聲分散的時(shí)間為O.l-20h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)所述的一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法，其特征是所述加熱處理為微波加熱，功率為400-2000W，微波加熱時(shí)間為l-30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)所述的一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法，其特征是所述真空干燥的干燥溫度為60-150°C，干燥時(shí)間為2-48h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6任何一項(xiàng)所述的一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法，其特征是所述真空干燥的干燥溫度為60-150°C，干燥時(shí)間為2-48h。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種快速制備導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料的方法。(1)將導(dǎo)電碳材料加入到蒸餾水中，超聲分散制備導(dǎo)電碳材料的分散液；(2)將含釕前驅(qū)物加入到步驟(1)所得的分散液中，攪拌使之完全溶解；(3)將步驟(2)所得的混合液進(jìn)行加熱處理，得到黑色沉淀；(4)將步驟(3)所得的黑色沉淀過(guò)濾、洗滌，真空干燥即得導(dǎo)電碳與氧化釕復(fù)合電極材料。本發(fā)明的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、快速節(jié)能且可大批量生產(chǎn)的導(dǎo)電碳/氧化釕復(fù)合電極材料的制備方法。本方法制備的材料，不僅具有良好的導(dǎo)電性，而且使得氧化釕以納米級(jí)的離子高度分散在導(dǎo)電碳的表面，顯著提高了氧化釕的電化學(xué)利用率。
文檔編號(hào)H01G9/042GK102903528SQ201210321459
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者閆俊, 魏彤, 范壯軍, 王倩 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)