熱裂解法製備RuO2-Ta2O5/Ti電極 應用於離子液體電解液

本研究以熱裂解法(Thermal decomposition method)製備RuO2-Ta2O5/Ti電極，利用鉭的高黏著性與安定性，增加RuO2電極的穩定性，並且討論熱烈解溫度以及不同的RuCl3、TaCl5配比對RuO2-Ta2O5/Ti電極的影響，其中使用的電解液為商業上所使用的0.5 M H2SO4以及PMP-TFSI、PMP-FSI、EMI-TFSI、PMP-TFSI/PC作為電解液。 首先為了瞭解不同熱裂解溫度對RuO2-Ta2O5/Ti電極的影響：本實驗在250 oC、300 oC、350 oC、400 oC在空氣氣氛下進行裂解，首先我們觀察到電極在250 oC的溫度下進行裂解後電極在電解液中產生溶解的現象，表示在此溫度下裂解電極並不穩定。在提高裂解溫度過後電極已經呈現穩定不溶解的狀態，經由材料分析能夠觀察到熱裂解溫度的不同對表面形貌與元素組成並沒有太大的影響，從XRD與XPS分析中可以看出再提高裂解溫度後尖晶石相(Rutile)RuO2強度有明顯的提升，且含水氧化釕(RuO2 xH2O)含量也隨著溫度提高而降低，在電化學分析方面：由於提高溫度造成結晶度上升與結晶水的含量降低的影響，由300 OC裂解的219 F/g 降低至400 OC下所得到的33 F/g。 另一方面在不同的前驅物配比影響下，在TaCl5前驅物占比越來越高時電極表面裂縫明顯增大，從XPS與XAS分析中看出前驅物配比的不同並不影響到含水氧化釕(RuO2 xH2O)的占比且經由熱裂解法製備其化合態皆為Ru4+與Ta5+的氧化價態，氧化釕的結晶度也隨著Ta2O5含量的增加而降低，在電化學方面的發現最佳的前驅物比例為Ru：Ta＝7：3。 最後將RuO2電極搭配EMI-TFSI、PMP-TFSI、PMP-FSI、PMP-TFSI/PC非質子型離子液體，其循環伏安曲線皆顯示出RuO2電極在上述離子液體中皆具有明顯的擬電容效應，且電位窗與傳統的硫酸水溶液相比也得到擴展。其中以EMI-TFSI離子液體具有最佳的電化學表現其電位窗達到3.5 V電容值達到49 mF/cm2適合作為RuO2電極之電解液。