32740-79-7 / 水合二氧化釕的主要制備方法

背景及概述^[1][2]

水合二氧化釕(RuO2.xH2O)具有極高的比電容(比活性碳大1倍以上)和金屬一般的導(dǎo)電性，因此，在軍事航天等國(guó)防和特定領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，特別是陽(yáng)極為五氧化二鉭、陰極為水合二氧化釕構(gòu)成的混合型超級(jí)電容器，因其具有優(yōu)異的頻率響應(yīng)特性和高低溫穩(wěn)定性而在國(guó)防領(lǐng)域獨(dú)霸天下。

制備^[1]

在已有的技術(shù)中，作為鉭釕超級(jí)電容器的核心部件，水合二氧化釕材料的制備主要有3種[尹斌傳，郭麗等. 超級(jí)電容器氧化釕電極材料的研究進(jìn)展.電源技術(shù), 2006,130(6):436?438]，一種是直接熱分解，其優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是比電容較低(一般小于380F/g)；另一種是膠體法，即反應(yīng)在膠體環(huán)境中進(jìn)行，所得的比電容較高；還有一種方法就是電化學(xué)法，但電化學(xué)法制備工藝較為復(fù)雜，且不易大規(guī)模制備。目前，改進(jìn)的膠體法(即溶膠凝膠方法)由于制備方法相對(duì)簡(jiǎn)單、所需設(shè)備及控制條件較少，且容易大規(guī)模制備而被廣泛采用。但該方法存在的主要技術(shù)問題是產(chǎn)品顆粒較大(一般大于5µm)，分散性不好，這意味著部分物質(zhì)不能發(fā)揮其活性功能，導(dǎo)致二氧化釕的用量增加，由于釕是貴金屬元素，從成本方面考慮，需要從技術(shù)上進(jìn)一步加以解決。而目前尚未有相關(guān)的技術(shù)出現(xiàn)。

CN201210437938.0提出一種高分散、高活性水合二氧化釕電化學(xué)電極材料制備方法。其特征在于包括如下步驟：

1） 在制備水合二氧化釕的反應(yīng)合成體系中，加入一定劑量陰離子表面活性劑；

2） 嚴(yán)格控制合成體系反應(yīng)前的PH值和溫度；

3） 加入反應(yīng)物；

4） 減壓水洗過濾，干燥，燒結(jié)，球磨。

其中，所述制備水合二氧化釕的反應(yīng)合成體系是三氯化釕與碳酸氫銨或碳酸銨或碳酸氫鈉或碳酸鈉的反應(yīng)合成體系。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明制備的水合二氧化釕電極具有更高的分散性和比電容，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防及民用等化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域。

實(shí)施例：

在25℃環(huán)境條件下，將15g市售三氯化釕溶解在150ml去離子水中，溶解過程中分別加入2ml甲醇/無(wú)水鹽酸混合液，強(qiáng)力攪拌15分鐘，在繼續(xù)攪拌的情況下，向體系加入10mg十二烷基苯磺酸納，繼續(xù)攪拌，同時(shí)持續(xù)加入去離子水直到溶液的pH值達(dá)到5.9。采用噴霧方式將濃度為1.0M的碳酸氫銨加入反應(yīng)體系，繼續(xù)攪拌反應(yīng)液體，直到反應(yīng)完全結(jié)束。將反應(yīng)體系陳化10小時(shí)后減壓水洗過濾3次得到濾餅。將濾餅60℃鼓風(fēng)干燥6小時(shí)后粉碎成細(xì)顆粒，然后置于馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)8小時(shí)，燒結(jié)溫度為175℃，80℃干燥后球磨，最后得到本發(fā)明所述的水合二氧化釕產(chǎn)品，激光粒度測(cè)試結(jié)果表明該材料的平均粒徑為1.1µm，電化學(xué)循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，在1mV/s的掃描速度下，材料具有832F/g的比電容。

生產(chǎn)裝置^[2]

超細(xì)水合二氧化釕主要用于電子工業(yè)中厚膜電阻、電位器等元件，現(xiàn)有的生產(chǎn)裝 置大多比較復(fù)雜，超細(xì)水合二氧化釕作為重要化合物，其生產(chǎn)裝置優(yōu)劣對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量， 減少副產(chǎn)物含量具有重要經(jīng)濟(jì)意義。

CN201711214258提供超細(xì)水合二氧化釕的生產(chǎn)裝置，主要包括：真空泵(J101)、 緩沖罐(F101)、燃燒爐(B101)，生產(chǎn)裝置各個(gè)組成部分之間的連接關(guān)系為：真空泵(J101)與 緩沖罐(F101)相連接，緩沖罐(F101)與燃燒爐(B101)相連接，其中，真空泵(J101)葉輪直徑 110-115mm,緩沖罐(F101)公稱容積2.6-2.8m3,緩沖罐(F101)錐底厚度6-7mm。超細(xì)水合二氧化釕的生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)流程為：將金屬釕粉在20-25MPa氧氣氛圍中， 保持500—530℃加熱反應(yīng)2-3小時(shí)，然后在50-70min內(nèi)冷卻至20-26℃，最終得產(chǎn)品。本發(fā)明 優(yōu)點(diǎn)在于：減少了反應(yīng)中間環(huán)節(jié)，降低了反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間，提高了反應(yīng)收率。圖1是超細(xì)水合二氧化釕的生產(chǎn)裝置，主要包括：真空泵(J101)、緩沖罐(F101)、燃 燒爐(B101)。

主要參考資料

[1] [中國(guó)發(fā)明] CN201210437938.0 一種高分散、高活性水合二氧化釕電極材料制備方法

[2] [中國(guó)發(fā)明] CN201711214258.1 超細(xì)水合二氧化釕的生產(chǎn)裝置