超级电容器氧化钌电极材料的研究进展

超级电容器氧化钌电极材料的

研究进展

尹斌传。郭丽

作者近照

长久以来，在生产氧气、氯气和氢气

的电化学反应中，氧化钌一直是最佳的

电催化材料之一，它既能用作阳极来生

成氯气和氧气，也能用作阴极来生成

氢气…。通过热处理方法于钛基上制备

ＲｕＯ：，在氯气生产工业中已有数十年的

历史。

近年来，氧化钌基材料又以其不同

寻常的比容量而成为超级电容器电极材

料的研究热点。超级电容器是一种新型

电化学储能装置，以其数十倍于蓄电池

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。这种

电容器一般分为双电层电容器和法拉第

准电容器两种，前者电极材料主要为高

比表面积碳材料，以双电层形式储存能

量（图１）；后者电极材料为过渡金属氧

图１超级电容器工作原理图

２００６．６ＶＯＪ．３０ＮＯ６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里。

碳基超级电容器出现于上世纪五六十

年代，１９７１年，Ｔｒａｓａｔｔｉ和Ｂｕｚｚａｎｃａ发现Ｒｕ０：膜的“矩形”循环伏安图类似于碳基超级电容器，１９７５年，ｃｏｎｗａｙ等人开始了以氧化钌为电极材料的法拉第准电容器储能原理的研究［２］，自此，将氧化钌等过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料的研究越来越多，研究多针对其比容量的提高以及对其电容机理的理解，此外，由于钌金属比较昂贵，因此对氧化钌与其它金属氧化物或碳材料等的复合研究也很多，以达到减少氧化钌用量同时提高材料比容量的目的。

氧化钌材料相比于碳材料，具有比容量高，电阻率低等良好特性，由该电极材料组成的超级电容器均有非常重要和广泛的潜在用途。本文将对氧化钌的制备、电容机理、结构、电化学特性以及氧化钌与其它物质组成的复合材料等作一系统介绍。

１氧化钌的化学制备方法

氧化钌的化学制备方法主要有热分解氧化法、溶胶凝胶法和电化学沉积法三种，不同方法制备的氧化钌，其形态结构、比容量及充放电特性均有差别。１．１热分解氧化法

热分解氧化法多为Ｒｕｃｌ，溶液在高温下热分解，但具体形式多样。常用的一种方式是将ＲｕＣｌ，?ｘＨ：０的水溶液或乙醇溶液涂于钛基材料上，然后进行氧化烧结，烧结温度在３００～８００℃之间，比表面积约为１２０ｍ２／ｇ，比容量最大为３８０Ｆ／ｇ［３】；另外，也可将无水柠檬酸、乙二醇、甲醇和氯化钌以一定摩尔比在６０～１３０℃间加热混合得到硬树脂，再将树脂在３５０～４００℃间热解煅烧，最后得到纳米ＲＬｌ０２晶体，比表面积约为４５ｍ强川。

热分解氧化法制得的ＲｕＯ：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。１．２溶胶凝胶法

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，一般方法是先将Ｒｕｃｌ，?ｘＨ：０溶于甲醇或乙醇水溶液中，形成有机金属物，再加入ＮａｏＨ或ＮＨ４Ｈｃ０，等碱性水溶液，或直接在ＲｕＣｌ，?ｘＨ：０水溶液中加入ＮａＨｃ０，，经过搅拌、过滤或离心分离，纯水冲洗。制得前驱产物后，再根据需要，在一定温度下进行一定时问的热处理等工序。另外，将三氯化钌在酸性介质中强制水解也可得到氧化钌溶胶，如将Ｒｕｃｌ，慢慢加入煮沸的Ｈｃｌ溶液中，形成一定浓度的Ｒｕｃｌ，溶液，在回流装置内通过

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