电容特性RuO2膜的制备及应用于电动车辆超级电容系统

表现出良好电容性行为的RuO2电活性膜能够通过两种方法得到：

①在H2SO4水溶液中的金属钌或钌化基体如Pt、Au或碳上，在0.05～1.40 V之间进行电化学电势扫描。在直流极化条件或交流调制的直流（ac-modulated direct current）下，膜也能生长，但效果较差。在循环条件下，膜能够生长到几微米的厚度。

②将RuCl3或RuCl3与钛的异丙醇盐一起喷涂在一个合适的阳极稳定的金属（如Ti）上，在300～400℃的空气或氧气中烧制该沉积物，即氯碱工业中形状稳定阳极（DSA）制备所用的方法。通常重复喷涂和烧制过程10～12次以制备相对厚的导电膜。电极性能的优劣取决于膜的厚度和烧制温度。

导电膜的真实比表面积、电导率和非化学计量度是由RuCl3热化学分解的温度决定的。

RuO2可达到的比表面积还取决于添加的氧化物的种类，如TiO2和La2O3，同时还取决于烧制条件，特别是温度。在循环伏安实验中，热形成膜表现出电容性行为，但是也产生下述争论，即这种响应是源于氧化物膜每平方厘米较大的真实面积上的双层电容或是由于加上氧化还原的准电容。在电化学形成的水合RuO2膜实验中，大部分表现出的准电容来源于氧化还原准电容，即由氧化物中的Ru2+、Ru3+和R4+电对引起。在电化学形成的水合RuO2膜上观察到的比电容通常较大，很难仅仅用膜外部微粗糙表面的双层电容说明。材料比表面积可以用涉及N2或Kr吸附的BET方法实验确定，但是由于该实验必须在干燥的材料上进行，因此所确定的BET面积并不一定代表当电极在水溶性酸溶液中润湿或以电解的方式形成时的电化学可达面积。

部分研究中用溶胶法制备RuO2，采用有机溶剂中的烷氧基钌前驱体，或用脉冲激光沉积法制备。高温下制备的非晶态RuO2的比电容略大于微晶态RuO2。国外部分研究将RuO2形成在离子交联聚合物基体上，在整个复合结构内为交联聚合物提供离子性连接，由此制造了高能量密度的电容器0.6 F/cm2。采用这种方法，制造了完全不用溶液电解质的电容器装置。其设计参数和详细的性能如表4−6所示。(www.xing528.com)

表4−6　高能量密度电容器的设计参数及性能

该装置设计用于超微型电子神经刺激器，但达到的300 µF电容或10单体串联单元远远超过这种特殊应用所需要的0.7 µF，因此需要进一步小型化。

上述RuO2是在NaNO3为助熔剂的热分解RuCl3的过程中得到的。通常采用以下两种方法制备RuO2交联聚合物复合电极：用离子交联聚合物溶液浸渍PTFE黏结的RuO2电极；将RuO2粉末与离子交联聚合物溶液混合，再成型为电极。离子交联聚合物材料为在乙醇−水混合物中5%的Nafion117溶液。

提高电极−电解质接触面积、使比电容和性能最大化的最好方法是将RuO2悬浮到Nafion溶液中，然后将其涂到Nafion117膜中并蒸发溶剂。人们已对该工艺进行了多种改进。自1985年以来，带有超过100个双极元件的装置已经进入市场，这些装置已经达到超过250 mA/cm2的脉冲放电能力。