微波合成的Ru/C纳米复合材料的TEM
高性能的电化学超级电容器不同于传统意义上的电容器,类似于可充电电池,但比传统的可充电电池具有更高的比功率和更长的循环寿命,其比功率达到每公斤千瓦数量级以上,循环寿命在万次以上. 大功率的电化学超级电容器可以满足电动汽车的启动、加速和上坡行驶对其高功率的要求,对于电动汽车能量的优化使用和延长电池的循环寿命,以及燃料电池电动汽车的启动更是必不可少的. 鉴于电化学超级电容器的重要性,各工业发达国家都给予了高度的重视,并作为国家重点战略研究和开发项目.
电化学电容器可以分为电化学双电层电容器(EDLC) ,法拉第准电容器(FPC)以及基于两者的混合型电化学电容器. EDLC的工作原理为通过电极与电解质界面的双电层进行充放电,其电极材料主要为高比表面的活性炭;FPC的工作原理为通过电极材料的氧化还原反应充放电(电极材料为:RuO2·xH2O , NiOx ,CoOx等过渡金属氧化物) ,或电子导电聚合物的掺杂和去掺杂进行充放电(如:导电聚合物聚苯胺) .由于含有钌氧化物的碳复合材料作为电化学电容器电极材料具有很高的比电容,一直受到人们的重视. 最常用的制备钌/ 碳纳米复合材料的方法是溶液浸泡- 氧化的方法,但是这种方法难以控制最终金属氧化物微粒的大小和均匀性. 最近微波辐射在金属纳米材料的合成中的应用得到了人们的重视. 利用微波辐射合成聚合物稳定的Pt, Ru, Pd和Ag等金属纳米粒子具有非常均匀的尺寸.
浙江大学化学系陈卫祥等人以RuCl3的乙二醇溶液作为前驱体,利用微波辐射技术合成了Ru/C(19.1 wt %)纳米复合材料. TEM观察表明这些纳米粒子具有均匀的尺寸,其平均粒径为3.2 nm ,并均匀地分散在纳米碳的表面. Ru/C纳米复合材料在电化学氧化后可以作为电化学超级电容器的电极材料,循环伏安实验表明其比电容为144 F/g ,而未负载纳米钌的XC-72碳的比电容为31F/g