Ir-Ta基氧化物电极的电容性能研究

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电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键因素。IrO2具有良好的赝电容性能和耐蚀性而被广泛应用于电容存储材料,单一的材料并不能充分发挥其性能,因此添加合适的组元可以改善IrO2涂层的组织结构及电容性能。Ta2O5的电化学性能较稳定及低温下以非晶结构的形式存在,是一种理想的电容添加剂。IrO2-Ta2O5电极是被公认的析氧阳极涂层,但对其电容性能的研究鲜有报道。RuO2中添加适量的Ta2O5能有效提高电极的电容性能。鉴于此,本文采用热分解法在Ti基体上制备了铱钽二元、铱锰钽及铱锡钽三元氧化物电极涂层。利用XRD、SEM测试手段表征了电极材料的相结构及微观形貌,采用循环伏安和恒流充放电、交流阻抗等方法对其电化学性能进行了详细研究。结果表明:(1)采用热分解法制备了不同Ta含量及温度的Ti/IrO2-Ta2O5电极。随Ta含量增加,IrO2晶化程度逐渐降低,说明Ta2O5能抑制IrO2晶化程度。350-370℃为Ti/IrO2-Ta2O5电极的最佳结晶温度范围,有利于电极电容性能。随温度升高,比电容先增大后减小,370℃时,60mol%Ta电极达到最大值为239.2F/g。(2)360℃下制备了不同成分配比的Ti/IrO2-MnOx-Ta2O5电极。Ta2O5能够抑制铱锰固溶体形成及IrO2结晶。当加入40mol%Ta时,涂层中的IrO2衍射峰消失。比电容随Ta含量的增加先增大后减小,含30mol%Ta的电极涂层的比电容可达356.41F/g。(3)制备温度对Ti/IrO2-MnOx-Ta2O5电极的组织结构和电容性能影响较大。在330℃~390℃制备的涂层物相主要以微晶的形式存在。随温度的提高比电容先增大后减小,370℃制备的电极达到最大的比电容值为350F/g。(4)采用热分解法制备了 Ti/IrO2-SnO2-Ta2O5电极。研究了温度的变化对电极电容性能的影响。整个温度区间的电极涂层中非晶与晶态共存。电极随温度的升高比电容先增大后减小,370℃热处理的电极的比电容最大为382.9F/g,且具有良好的循环稳定性,经过7000圈循环后电极电量没有衰减,电量比第一圈增加了 4.6%。
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