含IrO2(RuO2)多元氧化物的制备及电化学性能研究

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影响超级电容器性能的因素之一是电极材料,因此电极材料的制备是提高电容性能所面临的最大挑战。贵金属氧化物RuO2和IrO2都能通过自身的氧化还原反应来实现能量的存储,理论上都有着很高的赝电容,同时又具金属导电特性和优异的耐酸碱腐蚀性,是优秀的电容储能材料,是电化学工业的研究重点。添加非贵金属元素MnO2、SnO2可有效提高氧化钌或氧化铱涂层的电容性能。但是,有关三组元氧化物电极的组织结构和电化学性能影响的研究报导比较少。本文着重分析和讨论MnO2/SnO2比例和制备温度对RuO2或IrO2基氧化物涂层的表面形貌、组织结构和电容性能的影响。电极材料的微观形貌和相结构通过SEM和XRD测试手段进行表征。并通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法对其电化学性能进行详细研究。结果如下:(1)MnO2替代Ti/Ru0.4Sn0.6O2中部分SnO2可有效提高电极电容性能,MnO2会抑制RuO2的晶化行为,SnO2具有良好的固溶效果。Ti/Ru0.4Sn0.6-xMnxO2(x=0.3~0.5)三元氧化物电极的电荷储存能力要明显高于同条件下制备的Ti/Ru0.4Sn0.6O2和Ti/Ru0.4Mn0.6O2二元氧化物电极,比电容最大值达到769F/g(x=0.4)。Ti/Ru0.4Sn0.6-xMnxO2(x=0.3~0.5)三元氧化物电极的Ragone曲线在相同功率密度下的能量密度都要比Ti/Ru0.4Sn0.6O2和Ti/Ru0.4Mn0.6O2电极高数倍,显示出良好的功率特性和高储能密度。(2)制备温度对Ti/Ru0.4Sn0.2Mn0.4O2电极结构和电容性能有显著影响。随制备温度升高,Ti/Ru0.4Sn0.2Mn0.4O2涂层由非晶态向晶态转变,晶化程度逐渐升高,电极比电容则呈现先增大后减小变化。当制备温度为290℃时Ti/Ru0.4Sn0.2Mn0.4O2三元氧化物电极的电容达到最大值,温度超过380℃,Rct整体处于较低水平。(3)SnO2的加入可明显改善含铱电极材料在0~0.5V区间的电流响应,并促进氧化锰活性的发挥,但对氧化铱的活性有一定的抑制作用。SnO2的加入导致电极材料的电荷转移电阻、弛豫时间常数、以及不同频率下的电容响应均发生变化。Ti/Ir0.2Mn0.6Sn0.2O2电极具有最高的比电容值。(4)340℃制备的Ti/Ir0.2Mn0.6Sn0.2O2电极表现出最好的电容性能、功率特性和伏安积分电量。Ti/Ir0.2Mn0.6Sn0.2O2电极循环曲线上的氧化还原峰位置电位为0.75V,所测试的交流阻抗高频区的直线斜率较高,容抗较大,电极的电荷储存能力较大。
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