微型超级电容器PPy/GO-RuO 2 复合膜电极的制备与电化学性能
发布时间：2022-02-16 14:19
为了解决氧化钌（RuO2）沉积电位过高,难以在三维微结构金属集流体上直接沉积的问题,提出采用分步电沉积方法在微三维结构镍（Ni）集流体上制备RuO2复合膜电极,即先在三维微结构Ni集流体上沉积聚吡咯/氧化石墨烯（PPy/GO）薄膜作为基底,经热处理后,在基底上二次沉积出RuO2颗粒,最后再对RuO2复合薄膜进行二次热处理。扫描电子显微镜（SEM）观察显示,随着热处理温度的升高,薄膜表面多孔结构增多,达到了提高膜电极结构孔隙分布的目的。能量分散谱（EDS）和X射线光电子能谱分析（XPS）表明,薄膜中无定形RuO2·x H2O的存在保证了膜电极的大比容量。电化学性能测试结果表明,经105℃处理后的膜电极电化学性能最佳,比电容为28.5 m F/cm2,能量密度为0.04 Wh/m2,功率密度为14.25 W/m2。采用分步电沉积方法制备出的RuO2复合薄膜是一种良好的MEMS超级电容器电极材料。
【文章来源】：无机材料学报. 2015,30(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
RuO2复合薄膜SEM图和EDS分析结果
508无机材料学报第30卷图2一次沉积(a)和二次沉积(b)样品及其Ru3d(c)和O1s(d)的XPS图谱Fig.2XPSspectraofsamplesafterfirstelectrodeposition(a),secondelectrodeposition(b),Ru3d(c)andO1s(d)2.2电化学性能测试2.2.1循环伏安测试循环伏安测试(CV测试)是一种快速定量的测试方法,可以考察较宽电极范围内电极的反应过程、可逆性、扩散系数以及电极表面的吸/脱附特征,比较直观地反映电极表面电化学行为。在CV测试中,可根据CV曲线按下式求出膜电极比容量:dd2viCVvS(1)式中,C(F/m2)为电极比容量,dvdi表示CV曲线所包围的面积,V(V)为扫描电压范围,υ(V/s)为扫描速度,S(m2)为有效面积。在CV曲线中则直观表现为曲线所包围的面积越大,电容量越大。图3为扫描速率为100mV/s时样品的CV曲线,可以看出,3个样品的CV曲线均具有较好的对称性,说明样品在0.5mol/LNaCl电解液中氧化还原的可逆性较好,且无明显的氧化还原峰,表明样品具有明显的电容特性和较好的法拉第反应特性。随着热处理温度的升高,样品CV曲线所包围的面积随之增大,根据公式(1),计算得出PGR25、PGR65和PGR105的比电容分别为17.5、28.0和28.5mF/cm2。当热处理温度从25℃升高到65℃时,PGR65样品的比电容值比PGR25明显提高;当热处理温度继续升高到105℃时,PGR105样品的比电容小幅提高,说明在一定温度范围内,提高样品的热处理温度有助于提高电化学性能。2.2.2交流阻抗测试采用交流阻抗方法测量对样品施加小幅度微扰时发生的电化学响应,据此研究样品的阻抗以及电极反应机理等,可以全面评价样品的大电流充放电性能和高功率输出的能力。实验过程中在样品上施图3不同温度处理后RuO2复合薄膜CV曲线Fig.3CVcurvesofRuO2compositefilmafterheat-treatm
ondelectrodeposition(b),Ru3d(c)andO1s(d)2.2电化学性能测试2.2.1循环伏安测试循环伏安测试(CV测试)是一种快速定量的测试方法,可以考察较宽电极范围内电极的反应过程、可逆性、扩散系数以及电极表面的吸/脱附特征,比较直观地反映电极表面电化学行为。在CV测试中,可根据CV曲线按下式求出膜电极比容量:dd2viCVvS(1)式中,C(F/m2)为电极比容量,dvdi表示CV曲线所包围的面积,V(V)为扫描电压范围,υ(V/s)为扫描速度,S(m2)为有效面积。在CV曲线中则直观表现为曲线所包围的面积越大,电容量越大。图3为扫描速率为100mV/s时样品的CV曲线,可以看出,3个样品的CV曲线均具有较好的对称性,说明样品在0.5mol/LNaCl电解液中氧化还原的可逆性较好,且无明显的氧化还原峰,表明样品具有明显的电容特性和较好的法拉第反应特性。随着热处理温度的升高,样品CV曲线所包围的面积随之增大,根据公式(1),计算得出PGR25、PGR65和PGR105的比电容分别为17.5、28.0和28.5mF/cm2。当热处理温度从25℃升高到65℃时,PGR65样品的比电容值比PGR25明显提高;当热处理温度继续升高到105℃时,PGR105样品的比电容小幅提高,说明在一定温度范围内,提高样品的热处理温度有助于提高电化学性能。2.2.2交流阻抗测试采用交流阻抗方法测量对样品施加小幅度微扰时发生的电化学响应,据此研究样品的阻抗以及电极反应机理等,可以全面评价样品的大电流充放电性能和高功率输出的能力。实验过程中在样品上施图3不同温度处理后RuO2复合薄膜CV曲线Fig.3CVcurvesofRuO2compositefilmafterheat-treatmentatdifferenttemperatures
【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS超级电容器用聚吡咯/炭材料复合膜电极的制备及其性能[J]. 霍晓涛,朱平,韩高义,熊继军. 新型炭材料. 2013(06)
[2]RuO2/CuO复合电极材料的制备及其性能研究[J]. 卢云,元杰,胡永达,杨春. 功能材料. 2013(19)
[3]基于聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容的性能研究[J]. 朱平,霍晓涛,韩高义,熊继军. 功能材料. 2013(19)
[4]掺钴氧化钌（RuO2/Co3O4）·nH2O复合薄膜电极的制备与表征[J]. 黄小清,甘卫平,杨杰,李祥. 粉末冶金材料科学与工程. 2013(01)
[5]氧化钌/石墨纳米片复合阵列电极的制备及其电容性能[J]. 胡英瑛,胡中爱,张亚军,鲁爱莲,徐欢,张子瑜,杨玉英,李丽,吴红英. 物理化学学报. 2013(02)
[6]循环伏安沉积纳米氧化钌基超级电容器电极材料1[J]. 王杰,徐友龙,马建华,张选红,蒙林斌,石洪富,蒋春强,彭丹. 稀有金属材料与工程. 2012(08)
[7]碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为[J]. 靳瑜,陈宏源,陈名海,刘宁,李清文. 物理化学学报. 2012(03)
[8]Electrosynthsis of large polypyrrole films by multi-potential steps method[J]. LI BaoSong, QI HongXu, ZHAI WenTao, ZHANG YaLing, ZHANG Xiang, LI ShuXi & WEI Yan * Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing 100084, China. Science China（Technological Sciences）. 2011(07)
[9]Preparation of polypyrrole/polyvinylalcohol（PPy/PVA）composite foam electrode material[J]. Xin Yi Wang~(a,b),Li Ping Heng~b,Nai Liang Yang~b,Qiang Xie~(a,*),Jin Zhai~(b,c) a School of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining & Technology,Beijing 100083,China b Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China c School of Chemistry and Environment,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100081,China. Chinese Chemical Letters. 2010(07)
[10]高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用[J]. 刘亚菲,胡中华,任炼文,杨静,陈晓妹. 新型炭材料. 2007(04)
本文编号：3628118
【文章来源】：无机材料学报. 2015,30(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
RuO2复合薄膜SEM图和EDS分析结果
508无机材料学报第30卷图2一次沉积(a)和二次沉积(b)样品及其Ru3d(c)和O1s(d)的XPS图谱Fig.2XPSspectraofsamplesafterfirstelectrodeposition(a),secondelectrodeposition(b),Ru3d(c)andO1s(d)2.2电化学性能测试2.2.1循环伏安测试循环伏安测试(CV测试)是一种快速定量的测试方法,可以考察较宽电极范围内电极的反应过程、可逆性、扩散系数以及电极表面的吸/脱附特征,比较直观地反映电极表面电化学行为。在CV测试中,可根据CV曲线按下式求出膜电极比容量:dd2viCVvS(1)式中,C(F/m2)为电极比容量,dvdi表示CV曲线所包围的面积,V(V)为扫描电压范围,υ(V/s)为扫描速度,S(m2)为有效面积。在CV曲线中则直观表现为曲线所包围的面积越大,电容量越大。图3为扫描速率为100mV/s时样品的CV曲线,可以看出,3个样品的CV曲线均具有较好的对称性,说明样品在0.5mol/LNaCl电解液中氧化还原的可逆性较好,且无明显的氧化还原峰,表明样品具有明显的电容特性和较好的法拉第反应特性。随着热处理温度的升高,样品CV曲线所包围的面积随之增大,根据公式(1),计算得出PGR25、PGR65和PGR105的比电容分别为17.5、28.0和28.5mF/cm2。当热处理温度从25℃升高到65℃时,PGR65样品的比电容值比PGR25明显提高;当热处理温度继续升高到105℃时,PGR105样品的比电容小幅提高,说明在一定温度范围内,提高样品的热处理温度有助于提高电化学性能。2.2.2交流阻抗测试采用交流阻抗方法测量对样品施加小幅度微扰时发生的电化学响应,据此研究样品的阻抗以及电极反应机理等,可以全面评价样品的大电流充放电性能和高功率输出的能力。实验过程中在样品上施图3不同温度处理后RuO2复合薄膜CV曲线Fig.3CVcurvesofRuO2compositefilmafterheat-treatm
ondelectrodeposition(b),Ru3d(c)andO1s(d)2.2电化学性能测试2.2.1循环伏安测试循环伏安测试(CV测试)是一种快速定量的测试方法,可以考察较宽电极范围内电极的反应过程、可逆性、扩散系数以及电极表面的吸/脱附特征,比较直观地反映电极表面电化学行为。在CV测试中,可根据CV曲线按下式求出膜电极比容量:dd2viCVvS(1)式中,C(F/m2)为电极比容量,dvdi表示CV曲线所包围的面积,V(V)为扫描电压范围,υ(V/s)为扫描速度,S(m2)为有效面积。在CV曲线中则直观表现为曲线所包围的面积越大,电容量越大。图3为扫描速率为100mV/s时样品的CV曲线,可以看出,3个样品的CV曲线均具有较好的对称性,说明样品在0.5mol/LNaCl电解液中氧化还原的可逆性较好,且无明显的氧化还原峰,表明样品具有明显的电容特性和较好的法拉第反应特性。随着热处理温度的升高,样品CV曲线所包围的面积随之增大,根据公式(1),计算得出PGR25、PGR65和PGR105的比电容分别为17.5、28.0和28.5mF/cm2。当热处理温度从25℃升高到65℃时,PGR65样品的比电容值比PGR25明显提高;当热处理温度继续升高到105℃时,PGR105样品的比电容小幅提高,说明在一定温度范围内,提高样品的热处理温度有助于提高电化学性能。2.2.2交流阻抗测试采用交流阻抗方法测量对样品施加小幅度微扰时发生的电化学响应,据此研究样品的阻抗以及电极反应机理等,可以全面评价样品的大电流充放电性能和高功率输出的能力。实验过程中在样品上施图3不同温度处理后RuO2复合薄膜CV曲线Fig.3CVcurvesofRuO2compositefilmafterheat-treatmentatdifferenttemperatures
【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS超级电容器用聚吡咯/炭材料复合膜电极的制备及其性能[J]. 霍晓涛,朱平,韩高义,熊继军. 新型炭材料. 2013(06)
[2]RuO2/CuO复合电极材料的制备及其性能研究[J]. 卢云,元杰,胡永达,杨春. 功能材料. 2013(19)
[3]基于聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容的性能研究[J]. 朱平,霍晓涛,韩高义,熊继军. 功能材料. 2013(19)
[4]掺钴氧化钌（RuO2/Co3O4）·nH2O复合薄膜电极的制备与表征[J]. 黄小清,甘卫平,杨杰,李祥. 粉末冶金材料科学与工程. 2013(01)
[5]氧化钌/石墨纳米片复合阵列电极的制备及其电容性能[J]. 胡英瑛,胡中爱,张亚军,鲁爱莲,徐欢,张子瑜,杨玉英,李丽,吴红英. 物理化学学报. 2013(02)
[6]循环伏安沉积纳米氧化钌基超级电容器电极材料1[J]. 王杰,徐友龙,马建华,张选红,蒙林斌,石洪富,蒋春强,彭丹. 稀有金属材料与工程. 2012(08)
[7]碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为[J]. 靳瑜,陈宏源,陈名海,刘宁,李清文. 物理化学学报. 2012(03)
[8]Electrosynthsis of large polypyrrole films by multi-potential steps method[J]. LI BaoSong, QI HongXu, ZHAI WenTao, ZHANG YaLing, ZHANG Xiang, LI ShuXi & WEI Yan * Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing 100084, China. Science China（Technological Sciences）. 2011(07)
[9]Preparation of polypyrrole/polyvinylalcohol（PPy/PVA）composite foam electrode material[J]. Xin Yi Wang~(a,b),Li Ping Heng~b,Nai Liang Yang~b,Qiang Xie~(a,*),Jin Zhai~(b,c) a School of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining & Technology,Beijing 100083,China b Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China c School of Chemistry and Environment,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100081,China. Chinese Chemical Letters. 2010(07)
[10]高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用[J]. 刘亚菲,胡中华,任炼文,杨静,陈晓妹. 新型炭材料. 2007(04)
本文编号：3628118
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3628118.html
