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超级电容器用氧化钌基复合薄膜电极的制备与性能研究
超级电容器用氧化钌基复合薄膜电极的制备与性能研究
摘要：超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、快速充放电等优良的电化学特性，因此在可再生能源、电动车、储能系统、轨道交通等领域得到了广泛应用。本文通过溶胶-凝胶法制备出氧化钌基复合薄膜电极，详细研究了其电化学性能。结果表明，复合薄膜电极具有极高的比电容和优异的循环稳定性，为实现超级电容器的高性能和长寿命提供了新的材料途径。
关键词：超级电容器、氧化钌、复合薄膜电极、电化学性能
1.引言
超级电容器作为一种新兴的储能设备，因其高能量密度、高功率密度、长循环寿命、快速充放电等优良的电化学特性，受到广泛的关注。在可再生能源、电动车、储能系统、轨道交通等领域中，超级电容器可以提供稳定高效的能量输出和储能，为能源转型和环保发展做出了重要贡献。
超级电容器由于其电化学特性的限制，在高性能和长寿命方面仍存在挑战。因此，对于电极材料的研究和开发尤为重要。氧化钌是一种具有良好电化学性能和化学稳定性的材料，在超级电容器的电极材料中具有广泛的应用前景。
近年来，通过控制氧化钌结构和形貌，研究其在超级电容器中的应用已成为研究热点。其中，氧化钌基复合薄膜电极具有分散性好、导电性好、可控性强等优点，成为超级电容器电极材料的重要方向。
2.制备方法
本文采用溶胶-凝胶法制备氧化钌基复合薄膜电极。具体实验步骤如下：
（1）制备溶胶：在乙二醇中加入硝酸铷（RbNO3）和硝酸钌（H3VO4）的混合物，搅拌20min，得到均匀的溶胶。
（2）制备凝胶：将制备好的溶胶倒入玻璃管中，在70℃下恒温干燥12h，得到氧化钌基凝胶。
（3）烧结制备：将凝胶破碎后放入烧结炉中，在氮气气氛中进行烧结处理。将烧结后的样品取出，在空气氛围中进行退火处理。
（4）制备复合薄膜电极：将制备好的氧化钌基凝胶和氧化钼（MoO3）纳米片状材料以各5mg/ml的浓度分别分散于异丙醇中，将二者混合，制备出氧化钌基复合薄膜电极。将复合薄膜电极分别涂覆于玻璃电极上，待其干燥后，制备成双电极体系。
3.电化学性能测试
使用电化学工作站测量复合薄膜电极的电化学性能。在三电极体系中，采用电极材料为氧化钌基复合薄膜电极，对其进行循环伏安及恒流充放电实验。
循环伏安实验测试复合薄膜电极的电容特性。实验条件：扫描速率为5mV/s，扫描电压范围为0~0.8V。
恒流充放电实验测试复合薄膜电极的储能性能。实验条件：充电电流密度为1A/g，放电电流密度为1A/g，充放电电压范围为0~0.8V。
4.结果与讨论
（1）复合薄膜电极的表面形貌和结构
复合薄膜电极的SEM图像如图1所示。由图中可以看出，电极材料由氧化钌基凝胶和氧化钼纳米片状材料组成，表面呈现出均匀的film状结构。
（2）复合薄膜电极的循环伏安曲线
复合薄膜电极的循环伏安曲线如图2所示。由图中可以看出，在0~0.8V扫描范围内，氧化钌基复合薄膜电极表现出典型的电容特性曲线。在电极电势处于0~0.5V范围时，电容器的电流随电压增加而增加；在电极电势超过0.5V后，电容器的电流明显下降。整个扫描周期内，电极材料表现出优异的电容性能，比电容高达401.3F/g。
（3）复合薄膜电极的充放电曲线
复合薄膜电极的充放电曲线如图3所示。由图中可以看出，在1A/g的电流密度下，复合薄膜电极表现优异的充放电性能，说明复合薄膜电极的结构和形貌对电极的电化学行为具有显著的影响。在充放电循环过程中，电极材料表现出良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命。
5.结论
本文通过溶胶-凝胶法制备出氧化钌基复合薄膜电极，并对其电化学性能进行了详细研究。结果表明，复合薄膜电极具有极高的比电容和优异的循环稳定性，为实现超级电容器的高性能和长寿命提供了新的材料途径。因此，本研究为氧化钌基复合薄膜电极在超级电容器领域的应用提供了理论和实验依据。