JP2009155122A - Method for manufacturing ruthenium oxide fine powder - Google Patents

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Masanori Takagi
正徳 高木
Toshiyuki Osako
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing high-quality ruthenium oxide fine powder without producing harmful octavalent ruthenium oxide (RuO<SB>4</SB>) and without leaving sodium which causes problems in characteristics of electrodes. <P>SOLUTION: After a ruthenium-nickel alloy having a ruthenium content of 10 to 50 mass% is subjected to heat treatment in vacuum or an inert atmosphere at 600 to 1,400°C for 1 to 10 hours and formed into a foil, nickel in the alloy is electrolyzed to collect fine particles of ruthenium oxide settling in the solution. The conditions of the electrolysis are preferably conditions in which temperature is 50 to 60°C, current density is 1 to 100 mA/cm<SP>2</SP>on the anode and an oxidation-reduction potential is 600 to 1,200 mV on the anode. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ルテニウム酸化物微粉末の製造方法に関し、更に詳しくは、電気化学キャパシタ電極用に適したルテニウム酸化物微粉末の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a ruthenium oxide fine powder, and more particularly to a method for producing a ruthenium oxide fine powder suitable for an electrochemical capacitor electrode.

従来、蓄電機能を有する電気化学素子の代表的なものとしては、二次電池、キャパシタなどがあり、これらはそれぞれの特徴を生かした応用機器で実用化されている。最近開発されている蓄電素子は、全て電気化学的な原理を利用したものであって、二次電池と電気化学キャパシタが代表的である。   Conventionally, typical electrochemical elements having a power storage function include secondary batteries, capacitors, and the like, and these have been put into practical use in applied devices that make use of their respective characteristics. All recently developed power storage devices utilize the electrochemical principle, and secondary batteries and electrochemical capacitors are typical.

二次電池は、単位質量あるいは単位体積当りに蓄積できるエネルギー量(エネルギー密度)の点で優れているが、使用期間、充電時間、単位時間当り使用できるエネルギー量(出力密度)の点では未だ多くの改善すべき点がある。一方、電気化学キャパシタは、二次電池に比べてエネルギー密度は小さいが、使用時間、充電時間、出力密度の点では二次電池よりも優れた特性を発揮する。   Secondary batteries are excellent in terms of the amount of energy (energy density) that can be stored per unit mass or unit volume, but are still large in terms of the usage period, charging time, and amount of energy that can be used per unit time (output density). There is a point that should be improved. On the other hand, the electrochemical capacitor has a lower energy density than the secondary battery, but exhibits characteristics superior to those of the secondary battery in terms of use time, charging time, and output density.

電気化学キャパシタには、大きく分けて2種類ある。即ち、電極/電解液界面に生ずる電気二重層を蓄電に利用する電気二重層キャパシタと、金属酸化物や導電性高分子の表面の酸化還元反応(擬似電気二重層容量)を利用するレドックスキャパシタである。体積エネルギー密度を高めるためには、金属酸化物を利用したレドックスキャパシタが有利である。   There are two types of electrochemical capacitors. That is, an electric double layer capacitor that uses an electric double layer generated at the electrode / electrolyte interface for power storage, and a redox capacitor that uses a redox reaction (pseudo electric double layer capacitance) on the surface of a metal oxide or a conductive polymer. is there. In order to increase the volume energy density, a redox capacitor using a metal oxide is advantageous.

現在まで、上記レドックスキャパシタの電極材料として開発されてきた金属酸化物としては、ルテニウム酸化物が優れた電気化学特性を示すことが知られている。ここで「ルテニウム酸化物」とは、酸化ルテニウム及び酸化ルテニウム水和物と共に、酸化ルテニウムと水に分解可能なルテニウム水酸化物を含め、これらを総称した称呼として当該技術分野で広く使用されている。   Until now, as a metal oxide that has been developed as an electrode material for the redox capacitor, ruthenium oxide is known to exhibit excellent electrochemical characteristics. Here, “ruthenium oxide” includes ruthenium oxide and ruthenium oxide hydrate, as well as ruthenium oxide and ruthenium hydroxide that can be decomposed into water, and is widely used in the technical field as a generic term for these. .

一般に、レドックスキャパシタに適した数10nmサイズの酸化ルテニウムは、熱分解法や塩化ルテニウムを前駆体としたゾル−ゲル(sol−gel)法により作製されている。これらの方法は、例えば、特開平2-088432号公報、B.E.Conway著、直井、西野、森本監訳、「電気化学キャパシタ」、第11章、エヌティーエス社、2001年、及びJ.ElectreoChem.Soc.,vol.142,No.8などに記載されている。   In general, ruthenium oxide having a size of several tens of nm suitable for a redox capacitor is produced by a thermal decomposition method or a sol-gel method using ruthenium chloride as a precursor. These methods are described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-088432, B.E. Conway, Naoi, Nishino, Morimoto, “Electrochemical Capacitor”, Chapter 11, NTS, 2001, and J. Org. Electric Chem. Soc., Vol. 142, No. 8 and the like.

しかしながら、上記熱分解法の場合は、大気中で加熱することにより、粘膜を刺激する8価のルテニウム酸化物(RuO)の有毒ガスが生成するため、発生したガスが周囲に漏れないような安全対策を施した設備が余計に必要になる。 However, in the case of the above-described pyrolysis method, a toxic gas of octavalent ruthenium oxide (RuO 4 ) that stimulates the mucous membrane is generated by heating in the atmosphere, so that the generated gas does not leak to the surroundings. Extra equipment with safety measures is required.

また、上記ゾル−ゲル法の場合には、有毒なRuOの発生の危険はほとんどないが、塩化ルテニウムに水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化物を加えて中和反応を起こすため、塩化ナトリウムの生成が避けられない。塩化ナトリウムは酸化ルテニウム微粉末の濾過と洗浄を繰り返しても完全に除去することが難しいため、電気化学キャパシタ電極に用いたとき不純物として数質量%残り、その電気特性や耐蝕性などに悪影響を与える。 In the case of the above sol-gel method, there is almost no risk of the generation of toxic RuO 4 , but a neutralization reaction is caused by adding an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide to ruthenium chloride. Sodium formation is inevitable. Since sodium chloride is difficult to remove completely even after repeated filtration and washing of ruthenium oxide fine powder, it remains several mass% as an impurity when used in an electrochemical capacitor electrode, adversely affecting its electrical properties and corrosion resistance. .

特開平2-088432号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-088432 B.E.Conway著、直井、西野、森本監訳、「電気化学キャパシタ」、第11章、エヌティーエス社、2001年B.E. Conway, Naoi, Nishino, Morimoto, "Electrochemical Capacitor", Chapter 11, NTS, 2001 J.ElectreoChem.Soc.,vol.142,No8J. et al. Electric Chem. Soc. , Vol.142, No8

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、有害で刺激性のある8価のルテニウム酸化物(RuO)を発生せず、また電極の特性に対して悪影響を与えるナトリウムが残留することがなく、安全性に優れ且つ簡便に、高品位のルテニウム酸化物微粉末を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, does not generate harmful and irritating octavalent ruthenium oxide (RuO 4 ), and has an adverse effect on the characteristics of the electrode. It is an object of the present invention to provide a method for producing a high-quality ruthenium oxide fine powder that is excellent in safety and is simple and free from residual sodium.

上記目的を達成するため、本発明が提供するルテニウム酸化物微粉末の製造方法は、ルテニウムとニッケルの合金中のニッケルを電解して、溶液中に沈降するルテニウム酸化物の微粒子を回収することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the method for producing fine ruthenium oxide powder provided by the present invention comprises electrolyzing nickel in an alloy of ruthenium and nickel, and collecting fine particles of ruthenium oxide that settle in the solution. Features.

尚、本発明において「ルテニウム酸化物」とは、4価の酸化物である酸化ルテニウム(RuO)、酸化ルテニウム水和物(RuO・nHO)、及び水酸化ルテニウム(Ru(OH))から選ばれた少なくとも一種を意味する。 In the present invention, “ruthenium oxide” refers to a tetravalent oxide of ruthenium oxide (RuO 2 ), ruthenium oxide hydrate (RuO 2 .nH 2 O), and ruthenium hydroxide (Ru (OH)). 4 ) means at least one selected from the above.

上記本発明によるルテニウム酸化物微粉末の製造方法においては、前記ルテニウムとニッケルの合金中のルテニウム含有量を10〜50質量%とすることが好ましい。また、前記電解の前に、ルテニウムとニッケルの合金を、真空中又は不活性雰囲気中において600〜1400℃の温度で1〜10時間熱処理することが好ましい。   In the manufacturing method of the ruthenium oxide fine powder according to the present invention, the ruthenium content in the ruthenium-nickel alloy is preferably 10 to 50% by mass. Moreover, it is preferable to heat-treat the ruthenium and nickel alloy at a temperature of 600 to 1400 ° C. for 1 to 10 hours in a vacuum or in an inert atmosphere before the electrolysis.

また、上記本発明によるルテニウム酸化物微粉末の製造方法においては、前記電解を、温度50〜60℃、陽極の電流密度1〜100mA/cm、陽極の酸化還元電位600〜1200mVの条件で行うことが好ましい。 In the method for producing a ruthenium oxide fine powder according to the present invention, the electrolysis is performed under conditions of a temperature of 50 to 60 ° C., an anode current density of 1 to 100 mA / cm 2 , and an anode oxidation-reduction potential of 600 to 1200 mV. It is preferable.

更に、上記本発明によるルテニウム酸化物微粉末の製造方法においては、前記電解後に溶液から回収したルテニウム酸化物微粉末を更に粉砕・分散することが好ましい。   Furthermore, in the method for producing a ruthenium oxide fine powder according to the present invention, it is preferable that the ruthenium oxide fine powder recovered from the solution after the electrolysis is further pulverized and dispersed.

本発明によれば、有毒なRuOを発生することがないためプロセスの安全性が高く、しかも電極の特性に対して悪影響を与えるナトリウムが残留しないため、不純物の少ない高純度のルテニウム酸化物微粉末を得ることができる。 According to the present invention, since no toxic RuO 4 is generated, the safety of the process is high, and there is no residual sodium that adversely affects the characteristics of the electrode. A powder can be obtained.

本発明により得られたルテニウム酸化物微粉末は、小型メモリバックアップ用電源やソーラーセルとの組み合わせによるハイブリッド電源に使用される電気化学キャパシタ電極の作製に好適に用いることができる。   The ruthenium oxide fine powder obtained by the present invention can be suitably used for the production of an electrochemical capacitor electrode used for a hybrid power source in combination with a small memory backup power source or a solar cell.

本発明においては、ルテニウムとニッケルからなる合金を、好ましくは箔状に成形し、また好ましくは特定の条件で熱処理した後、ニッケルを電解すると同時にルテニウム酸化物の微粒子を液中に沈降する微粒子を回収することによって、ルテニウム酸化物微粉末を得るものである。   In the present invention, an alloy composed of ruthenium and nickel is preferably formed into a foil shape, and preferably after heat treatment under specific conditions, nickel is electrolyzed, and at the same time, fine particles that precipitate ruthenium oxide fine particles in the liquid are formed. By collecting, ruthenium oxide fine powder is obtained.

(1)ニッケルとルテニウムの合金の製造
出発原料となるニッケルとルテニウムの合金は、一般的にはアーク溶解、プラズマ溶解、電子ビーム溶解などの方法で、ニッケルとルテニウムを溶解させて製造することができる。また、高真空電子ビーム帯溶融法によって溶解させて製造することもできる。
(1) Manufacture of an alloy of nickel and ruthenium An alloy of nickel and ruthenium as a starting material is generally manufactured by melting nickel and ruthenium by a method such as arc melting, plasma melting, or electron beam melting. it can. It can also be produced by melting by a high vacuum electron beam zone melting method.

ここで、原料となるニッケルとしては、ニッケル粉を使用しても構わないが、通常の電気ニッケルを使用することができる。また、原料となるルテニウムとしては、市販のルテニウム金属を使用することが出来るが、使用済のルテニウムスパッタリングターゲットやルテニウムの機械加工の際に発生する切り屑などを用いることも出来る。ルテニウムは非常に高価なレアメタルであるので、上記のようなルテニウムスクラップを有効利用できることは極めて有利である。   Here, nickel powder may be used as the raw material nickel, but normal electric nickel can be used. Moreover, as ruthenium used as a raw material, a commercially available ruthenium metal can be used, but it is also possible to use a used ruthenium sputtering target or chips generated during ruthenium machining. Since ruthenium is a very expensive rare metal, it is extremely advantageous to be able to effectively use the ruthenium scrap as described above.

上記ニッケル−ルテニウム合金中のルテニウムの含有量は、10〜50質量%であることが好ましく、20〜40質量%であることが更に好ましい。ルテニウム含有量が10質量%未満では、合金のルテニウム微粉末などからなる多孔質層構造の強度が充分に保てないため、後の電解工程の途中で脱落してしまい、収率が低下するため好ましくない。また、ルテニウム含有量が50質量%より多いと、どのような熱処理をしても凝固組織中に粗大なルテニウム相を形成してしまい、電解後に得られるルテニウム酸化物微粉末中に粗大粒子が残るため、電気化学キャパシタ電極とした際に高容量が得られない。   The ruthenium content in the nickel-ruthenium alloy is preferably 10 to 50% by mass, and more preferably 20 to 40% by mass. If the ruthenium content is less than 10% by mass, the strength of the porous layer structure made of the alloy ruthenium fine powder or the like cannot be maintained sufficiently, so that it falls off during the subsequent electrolysis process, and the yield decreases. It is not preferable. Further, if the ruthenium content is more than 50% by mass, a coarse ruthenium phase is formed in the solidified structure by any heat treatment, and coarse particles remain in the ruthenium oxide fine powder obtained after electrolysis. Therefore, a high capacity cannot be obtained when an electrochemical capacitor electrode is used.

(2)ニッケル−ルテニウム合金の熱処理及び合金箔化
合金製造時の溶解方法にもよるが、ニッケル−ルテニウム合金中のルテニウムの濃度が高いと凝固偏析が起こりやすく、ルテニウムの濃度に不均一が生じやすい。ルテニウムの濃度に不均一が生じると、ニッケルを電解した際に生じるルテニウム酸化物微粒子の大きさが均一化されず、粗大なルテニウム酸化物粒子が生じやすくなる。
(2) Heat treatment and alloy foil formation of nickel-ruthenium alloy Depending on the melting method at the time of alloy production, if the ruthenium concentration in the nickel-ruthenium alloy is high, solidification segregation is likely to occur, resulting in non-uniform ruthenium concentration. Cheap. If the concentration of ruthenium is nonuniform, the size of the ruthenium oxide fine particles generated when nickel is electrolyzed is not uniform, and coarse ruthenium oxide particles are likely to be generated.

このため、ニッケル−ルテニウム合金の均質化や組織制御のために、ニッケルを電解する前に、合金の熱処理を行うことが望ましい。熱処理は真空中または不活性雰囲気中において、600〜1400℃の温度で1〜10時間程度行うことが好ましい。上記の条件で熱処理することによって、電解時に得られるルテニウム酸化物微粒子の平均一次粒子径を数十nm程度にすることができる。600℃以下の温度では均質化が十分に進まないため、得られるルテニウム微粒子の大きさが不均一となり、また1400℃を超える温度では融液が生じる恐れがあるため好ましくない。   For this reason, in order to homogenize and control the structure of the nickel-ruthenium alloy, it is desirable to heat-treat the alloy before electrolyzing the nickel. The heat treatment is preferably performed at a temperature of 600 to 1400 ° C. for about 1 to 10 hours in a vacuum or in an inert atmosphere. By heat-treating under the above conditions, the average primary particle diameter of the ruthenium oxide fine particles obtained during electrolysis can be reduced to about several tens of nanometers. Since the homogenization does not sufficiently proceed at a temperature of 600 ° C. or lower, the size of the obtained ruthenium fine particles is not uniform, and a temperature exceeding 1400 ° C. is not preferable because a melt may be generated.

また、電解に適した形状とするために、例えば上記熱処理の後に、ニッケル−ルテニウム合金を圧延して箔にすることが好ましい。適度な大きさに切り出しても問題はない。均質な固溶体合金であれば塑性加工性は良好であるため、冷間圧延などにより箔状にすることができる。このとき冷間加工では材料が硬化するので、必要に応じて加工性を改善するために、600〜1300℃で焼鈍を行ってもよい。また、熱間圧延などの加工を行うこともできる。   In order to obtain a shape suitable for electrolysis, for example, after the heat treatment, it is preferable to roll a nickel-ruthenium alloy into a foil. There is no problem even if it is cut out to an appropriate size. A homogeneous solid solution alloy has good plastic workability and can be made into a foil by cold rolling or the like. At this time, since the material is cured by cold working, annealing may be performed at 600 to 1300 ° C. in order to improve workability as necessary. Also, processing such as hot rolling can be performed.

(3)ニッケル−ルテニウム合金からのニッケル電解
ニッケル−ルテニウム合金からニッケルのみを電解することにより、ルテニウム酸化物微粒子、即ち、酸化ルテニウム、酸化ルテニウム水和物及び水酸化ルテニウムから選ばれた少なくとも一種を得ることができる。即ち、ニッケル−ルテニウム合金を陽極として電解すると、陰極にニッケルが電着し、ルテニウム酸化物の微粒子が電解液中に沈降する。
(3) Nickel electrolysis from a nickel-ruthenium alloy By electrolyzing only nickel from a nickel-ruthenium alloy, at least one selected from ruthenium oxide fine particles, that is, ruthenium oxide, ruthenium oxide hydrate, and ruthenium hydroxide. Obtainable. That is, when electrolysis is performed using a nickel-ruthenium alloy as an anode, nickel is electrodeposited on the cathode, and ruthenium oxide fine particles settle in the electrolyte.

電解液としては、通常のニッケルの電解精製に使われる電解液でよく、例えば硫酸ニッケルとホウ酸の混合液を好適に使用することができる。電解液中のニッケルの濃度は40〜50g/l、ホウ酸の濃度は10〜20g/lが好ましい。また、陰極としては、平面状の金属を使うことができ、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの箔や板を使用することができる。   As the electrolytic solution, an electrolytic solution used for usual electrolytic purification of nickel may be used. For example, a mixed solution of nickel sulfate and boric acid can be preferably used. The concentration of nickel in the electrolytic solution is preferably 40 to 50 g / l, and the concentration of boric acid is preferably 10 to 20 g / l. Moreover, a planar metal can be used as a cathode, and foils and plates, such as aluminum, nickel, and stainless steel, can be used.

電解液の温度は、50〜60℃とすることが好ましい。50℃より低温では、電解液の溶質である硫酸ニッケルやホウ酸が水に溶解しにくくなる。また、60℃より高温になると、電解液から水が蒸発し、頻繁に水を補給することが必要となるため好ましくない。   The temperature of the electrolytic solution is preferably 50 to 60 ° C. At a temperature lower than 50 ° C., nickel sulfate and boric acid, which are solutes of the electrolytic solution, are difficult to dissolve in water. On the other hand, when the temperature is higher than 60 ° C., water evaporates from the electrolytic solution, and it is necessary to replenish water frequently.

陽極の電流密度は、1〜100mA/cmが好ましい。電流密度が1mA/cmより小さいと、単位時間当たり生成するルテニウム酸化物微粒子量が少なくなるため、電解時間が長くなり実用的でない。また、100mA/cmより大きいと、電流効率が低下し、コストが高くなってしまうため好ましくない。 The current density of the anode is preferably 1 to 100 mA / cm 2 . When the current density is less than 1 mA / cm 2 , the amount of ruthenium oxide fine particles generated per unit time is reduced, so that the electrolysis time becomes long and is not practical. On the other hand, when it is larger than 100 mA / cm 2 , the current efficiency is lowered and the cost is increased, which is not preferable.

電解時における陽極の酸化還元電位は、600〜1200mV(参照極はAg/AgCl電極を使用)が好ましい。酸化還元電位が600mV未満では金属ルテニウムが析出してしまい、電気化学キャパシタにした際に容量が小さくなるため好ましくない。また、酸化還元電位が1200mVより大きくなると、有毒な8価のルテニウムの酸化物が生成するため好ましくない。   The oxidation-reduction potential of the anode during electrolysis is preferably 600 to 1200 mV (Ag / AgCl electrode is used as the reference electrode). When the oxidation-reduction potential is less than 600 mV, metal ruthenium is deposited, and the capacity is reduced when an electrochemical capacitor is formed. On the other hand, an oxidation-reduction potential greater than 1200 mV is not preferable because a toxic octavalent ruthenium oxide is generated.

上記した電解条件で電解することにより、30〜240分程度の電解時間で、ニッケル−ルテニウム合金からのニッケルの電解を実施することができる。ただし、電解時間が長時間になるほど、液中に沈降するルテニウム酸化物微粒子が再凝集しやすく、高容量のキャパシタ電極として使えなくなる恐れがある。   By electrolysis under the above-described electrolysis conditions, electrolysis of nickel from a nickel-ruthenium alloy can be performed in an electrolysis time of about 30 to 240 minutes. However, as the electrolysis time becomes longer, the ruthenium oxide fine particles that settle in the liquid are more likely to reaggregate and may not be used as a high-capacity capacitor electrode.

上記電解時にニッケル−ルテニウム合金の表面でルテニウム酸化物の微粒子が形成されるが、合金中のルテニウムとニッケルの分散状態により一次粒子径が変わることがある。合金中にルテニウムが均一に分散していると、電解で得られるルテニウム酸化物微粒子の一次粒子の平均粒子径は40nm程度まで小さくなる。また、合金中でルテニウムの凝固偏析が生じていると、電解で得られるルテニウム酸化物微粒子の一次粒子の平均粒子径が最大で100nm程度にまで粗大化することもある。電解で得られるルテニウム酸化物微粒子の一次粒子の平均粒子径は、電気化学キャパシタ電極にした際の単位重量当たりの容量を大きくする観点から、75nm以下とすることが好ましい。   During the electrolysis, fine particles of ruthenium oxide are formed on the surface of the nickel-ruthenium alloy, but the primary particle size may vary depending on the dispersion state of ruthenium and nickel in the alloy. When ruthenium is uniformly dispersed in the alloy, the average particle diameter of primary particles of ruthenium oxide fine particles obtained by electrolysis is reduced to about 40 nm. In addition, when solidification segregation of ruthenium occurs in the alloy, the average particle diameter of primary particles of ruthenium oxide fine particles obtained by electrolysis may be coarsened to about 100 nm at the maximum. The average primary particle diameter of the ruthenium oxide fine particles obtained by electrolysis is preferably 75 nm or less from the viewpoint of increasing the capacity per unit weight when formed into an electrochemical capacitor electrode.

(4)ルテニウム酸化物微粉末の回収と粉砕・分散
上記ニッケル−ルテニウム合金の電解によって、ルテニウム酸化物微粒子が電解液中に沈降する。この微粒子スラリーをデカンテーション、吸引濾過または限外濾過などの方法で溶液と分離することにより、ルテニウム酸化物微粉末を回収することができる。
(4) Recovery, pulverization and dispersion of fine ruthenium oxide powder The ruthenium oxide fine particles settle in the electrolytic solution by electrolysis of the nickel-ruthenium alloy. By separating the fine particle slurry from the solution by a method such as decantation, suction filtration or ultrafiltration, the ruthenium oxide fine powder can be recovered.

回収したルテニウム酸化物微粉末は、このままの状態で、電気化学キャパシタ電極材料として使用することができる。回収したルテニウム酸化物微粉末を、そのままの状態で使用しても高容量が得られるが、更に高容量化のためには、各種のミルにより微粉末を粉砕・分散させ、一次粒子を細かくし、凝集した二次粒子を一次粒子にまで分散させることが好ましい。この粉末の粉砕・分散には、ビーズミルの他に、ボールミル、アトライター、サンドミルといった各種粉砕法を用いることができる。   The recovered ruthenium oxide fine powder can be used as an electrochemical capacitor electrode material in this state. Even if the recovered ruthenium oxide fine powder is used as it is, a high capacity can be obtained. However, in order to further increase the capacity, the fine powder is pulverized and dispersed by various mills to make the primary particles finer. It is preferable to disperse the agglomerated secondary particles to the primary particles. For the pulverization / dispersion of the powder, various pulverization methods such as a ball mill, an attritor and a sand mill can be used in addition to the bead mill.

[実施例1]
電気ニッケル260.5gと、使用済みスパッタリングターゲットから切り出したルテニウム塊64.9gとを、水素プラズマ溶解により溶解して、直径が約75mm、厚さが約10mmのボタン状のニッケル−ルテニウム合金インゴットを作製した。
[Example 1]
Electro-nickel 260.5g and ruthenium lump 64.9g cut out from the used sputtering target were melted by hydrogen plasma melting to form a button-like nickel-ruthenium alloy ingot having a diameter of about 75mm and a thickness of about 10mm. Produced.

このニッケル−ルテニウム合金インゴットを、ワイヤーカット(日立ビアメカニクス株式会社製、254Y)で25mm×25mm×5mmの大きさに切り出し、高温高真空炉(ネムス株式会社製)により、真空中において1300℃で6時間熱処理した。その後、圧延機(大野ロール株式会社製、6型2/4段DR圧延機)により、厚さ210μmのニッケル−ルテニウム合金箔とした。   This nickel-ruthenium alloy ingot is cut into a size of 25 mm × 25 mm × 5 mm by wire cutting (made by Hitachi Via Mechanics Co., Ltd., 254Y), and is heated at 1300 ° C. in a vacuum with a high-temperature high vacuum furnace (made by Nemus Co., Ltd.). Heat treated for 6 hours. Thereafter, a nickel-ruthenium alloy foil having a thickness of 210 μm was formed by a rolling mill (manufactured by Ohno Roll Co., Ltd., 6-inch 2 / 4-stage DR rolling mill).

このニッケル−ルテニウム合金箔を、電極面積が1.0cmになるように切り出して陽極とした。また、厚さ30μmのアルミ箔を、電極面積が1.0cmになるように切りだして陰極とした。電解液として硫酸ニッケルとホウ酸の混合液を用い、電解液中のニッケル濃度を45g/l、及びHBO濃度を15g/lとした。 This nickel-ruthenium alloy foil was cut out to have an electrode area of 1.0 cm 2 and used as an anode. In addition, an aluminum foil having a thickness of 30 μm was cut out so as to have an electrode area of 1.0 cm 2 to form a cathode. A mixed solution of nickel sulfate and boric acid was used as the electrolytic solution, the nickel concentration in the electrolytic solution was 45 g / l, and the H 3 BO 3 concentration was 15 g / l.

上記陽極と陰極を電解液中に浸漬して対向配置し、電解液の温度55℃、陽極の電流密度50mA/cm、陽極の酸化還元電位750mVの条件で、1時間の電解を行った。電解後の溶液から、デカンケーションにより沈降したルテニウム酸化物微粉末を回収し、硝酸で洗浄した。 The anode and the cathode were immersed in an electrolytic solution so as to face each other, and electrolysis was performed for 1 hour under conditions of an electrolytic solution temperature of 55 ° C., an anode current density of 50 mA / cm 2 , and an anode oxidation-reduction potential of 750 mV. The ruthenium oxide fine powder precipitated by decantation was recovered from the solution after electrolysis and washed with nitric acid.

得られたルテニウム酸化物微粉末をSEM写真に撮り、該写真において2本の対角線を引き、この対角線に接した全てのルテニウム酸化物の一次粒子について寸法を測定したところ、その平均値(SEM径)は71nmであった。また、ルテニウム酸化物微粉末中のナトリウム(Na)の残留量は、ICP発光分析法により定量した結果、0.1質量%未満であった。   The obtained ruthenium oxide fine powder was taken on a SEM photograph, two diagonal lines were drawn in the photograph, and the dimensions of all the ruthenium oxide primary particles in contact with the diagonal line were measured. ) Was 71 nm. The residual amount of sodium (Na) in the ruthenium oxide fine powder was quantified by ICP emission analysis, and was less than 0.1% by mass.

回収したルテニウム酸化物微粉末を、カーボンペーパー(電極面積:1cm)に塗布して、電気化学キャパシタの作用電極を作製した。対極を白金板とし、参照極には飽和塩化カリウム溶液で満たしたAg/AgCl電極(東亜ディーケーケー株式会社製、HS−201C)を用いた。ポテンシオスタット(北斗電工株式会社製、HA−501G)とファンクションジェネレータ(北斗電工株式会社製、HB−105)を用いて、サイクリックボルタンメトリー(Cyclic Voltammetry)を測定した。 The recovered ruthenium oxide fine powder was applied to carbon paper (electrode area: 1 cm 2 ) to produce a working electrode of an electrochemical capacitor. The counter electrode was a platinum plate, and an Ag / AgCl electrode (HS-201C, manufactured by Toa DK Corporation) filled with a saturated potassium chloride solution was used as the reference electrode. Cyclic voltammetry was measured using a potentiostat (Hokuto Denko, HA-501G) and a function generator (Hokuto Denko, HB-105).

電位をV1からV2に変化させたときの通電電気量は、サイクリックボルタモグラムに区分求積法を適用して求めることができる。一方、容量Cが電位Vに対して一定であると仮定すると、通電電気量はC×(V1−V2)で表すことができる。これらより、実施例1のルテニウム酸化物微粉末で作製した作用電極の容量Cを算出しところ、720F/gであった。尚、作用電極の電極面積は1.0cmとし、電解液は0.5mol/lの硫酸水溶液とし、走査速度は2mV/sとした。 The energized electricity amount when the potential is changed from V1 to V2 can be obtained by applying a piecewise quadrature method to the cyclic voltammogram. On the other hand, when it is assumed that the capacitance C is constant with respect to the potential V, the energization amount of electricity can be expressed by C × (V1−V2). From these, the capacity C of the working electrode produced from the ruthenium oxide fine powder of Example 1 was calculated and found to be 720 F / g. The electrode area of the working electrode was 1.0 cm 2 , the electrolyte was a 0.5 mol / l sulfuric acid aqueous solution, and the scanning speed was 2 mV / s.

[実施例2]
上記実施例1により得られたルテニウム酸化物微粉末を、粉末の濃度が10質量%になるように純水と混合し、ビーズミル(アシザワファインテック製、ミニツェア)により、0.03mmのビーズを用いて60分間粉砕・分散した。得られたルテニウム酸化物微粉末の一次粒子の寸法を実施例1と同様にして測定したところ、その平均値(SEM径)は60nmであった。このルテニウム酸化物微粉末中のナトリウム(Na)の残留量は、ICP発光分析法により定量した結果、0.1質量%未満であった。
[Example 2]
The ruthenium oxide fine powder obtained in Example 1 was mixed with pure water so that the concentration of the powder was 10% by mass, and 0.03 mm beads were used with a bead mill (manufactured by Ashizawa Finetech, Minizea). For 60 minutes. When the dimensions of the primary particles of the obtained ruthenium oxide fine powder were measured in the same manner as in Example 1, the average value (SEM diameter) was 60 nm. The residual amount of sodium (Na) in this ruthenium oxide fine powder was less than 0.1% by mass as determined by ICP emission analysis.

得られたルテニウム酸化物微粉末のスラリーをカーボンペーパーに塗布し、大気中にて60℃で30分乾燥させて、ルテニウム酸化物微粉末が塗布された作用電極を作製した。この作用電極の容量Cは、上記実施例1と同様に測定したところ、795F/gであった。   The obtained slurry of ruthenium oxide fine powder was applied to carbon paper and dried in the atmosphere at 60 ° C. for 30 minutes to produce a working electrode coated with the ruthenium oxide fine powder. The capacity C of this working electrode was measured in the same manner as in Example 1 and was 795 F / g.

[比較例1]
従来法のゾル−ゲル(sol−gel)法により、酸化ルテニウム水和物微粉末を作製した。即ち、塩化ルテニウム(III)の水和物を蒸留水に溶解させ、前駆体溶液を得た。この前駆体溶液に水酸化ナトリウム水溶液をゆっくりと添加して溶液のpHを約7に保持し、黒色の粉末を溶液内に析出させた。
[Comparative Example 1]
A ruthenium oxide hydrate fine powder was prepared by a conventional sol-gel method. That is, ruthenium (III) chloride hydrate was dissolved in distilled water to obtain a precursor solution. A sodium hydroxide aqueous solution was slowly added to the precursor solution to maintain the pH of the solution at about 7, and a black powder was precipitated in the solution.

析出した粉末を約8μm口径のフイルターで濾過し、洗浄した。洗浄作業は、粉末の入った容器内に適当量の蒸留水を注ぎ、30分程度撹拌した後濾過する操作を5回繰り返した。洗浄後に得られた粉末を真空中において60℃で8時間熱処理し、ルテニウム酸化物微粉末を得た。   The precipitated powder was filtered through a filter having an aperture of about 8 μm and washed. The washing operation was repeated 5 times by pouring an appropriate amount of distilled water into a container containing the powder, stirring for about 30 minutes, and filtering. The powder obtained after the washing was heat-treated at 60 ° C. for 8 hours in a vacuum to obtain a ruthenium oxide fine powder.

このルテニウム微粉末について、実施例1と同様に測定した一次粒子の平均値(SEM径)は107nmであった。また、このルテニウム酸化物微粉末中のナトリウム(Na)の残留量は、ICP発光分析法により定量した結果、2.0質量%であった。   About this ruthenium fine powder, the average value (SEM diameter) of the primary particles measured in the same manner as in Example 1 was 107 nm. The residual amount of sodium (Na) in the ruthenium oxide fine powder was 2.0% by mass as determined by ICP emission analysis.

また、この比較例1のルテニウム酸化物微粉末を用いて、上記実施例1と同様に作用電極を作製し、その容量Cを上記実施例1と同様に求めたところ、705F/gであった。上記実施例1〜2及び比較例1の結果を、下記表1にまとめて示した。   A working electrode was prepared in the same manner as in Example 1 using the ruthenium oxide fine powder of Comparative Example 1, and the capacity C was determined in the same manner as in Example 1. The result was 705 F / g. . The results of Examples 1-2 and Comparative Example 1 are summarized in Table 1 below.

Figure 2009155122
Figure 2009155122

この結果から分るように、本発明方法を用いることにより、従来法のゾル−ゲル(sol−gel)法に比べて、不純物であるナトリウムを著しく低減することができた。また、本発明方法では、大気中での熱処理を必要としないので、有毒なRuOの発生を防ぐことができた。 As can be seen from this result, by using the method of the present invention, sodium as an impurity could be remarkably reduced as compared with the conventional sol-gel method. In addition, since the method of the present invention does not require heat treatment in the atmosphere, generation of toxic RuO 4 could be prevented.

しかも、本発明のルテニウム酸化物微粉末を利用した作用電極は、従来高容量とされてきたゾル−ゲル(sol−gel)法による比較例1の酸化ルテニウム水和物と比べたとき、実施例1でほぼ同等の容量が得られ、キャパシタ電極として有効であることが分った。また、更にビーズミルで粉砕・分散した実施例2では、作用電極の容量は795F/gとなり、比較例よりも更に高容量であった。   In addition, the working electrode using the ruthenium oxide fine powder of the present invention has an example when compared with the ruthenium oxide hydrate of Comparative Example 1 by the sol-gel method which has been conventionally considered to have a high capacity. 1, it was found that almost the same capacitance was obtained and it was effective as a capacitor electrode. Further, in Example 2, which was further pulverized and dispersed by a bead mill, the capacity of the working electrode was 795 F / g, which was higher than that of the comparative example.

Claims (5)

酸化ルテニウム、酸化ルテニウム水和物及び水酸化ルテニウムの少なくとも一種からなるルテニウム酸化物の微粉末の製造方法であって、ルテニウムとニッケルの合金中のニッケルを電解して、溶液中に沈降するルテニウム酸化物の微粒子を回収することを特徴とするルテニウム酸化物微粉末の製造方法。   A method for producing a fine powder of ruthenium oxide comprising at least one of ruthenium oxide, ruthenium oxide hydrate and ruthenium hydroxide, and electrolyzing nickel in an alloy of ruthenium and nickel, and ruthenium oxide precipitated in a solution A method for producing fine ruthenium oxide powder, comprising collecting fine particles of a product. 前記ルテニウムとニッケルの合金中のルテニウム含有量を10〜50質量%とすることを特徴とする、請求項1に記載のルテニウム酸化物微粉末の製造方法。   2. The method for producing fine ruthenium oxide powder according to claim 1, wherein the ruthenium content in the alloy of ruthenium and nickel is 10 to 50 mass%. 前記電解の前に、ルテニウムとニッケルの合金を、真空中又は不活性雰囲気中において600〜1400℃の温度で1〜10時間熱処理することを特徴とする、請求項1又は2に記載のルテニウム酸化物微粉末の製造方法。   The ruthenium oxide according to claim 1 or 2, wherein the ruthenium and nickel alloy is heat-treated at a temperature of 600 to 1400 ° C for 1 to 10 hours in a vacuum or in an inert atmosphere before the electrolysis. A method for producing fine powder. 前記電解を、温度50〜60℃、陽極の電流密度1〜100mA/cm、陽極の酸化還元電位600〜1200mVの条件で行うことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のルテニウム酸化物微粉末の製造方法。 The electrolysis is performed under conditions of a temperature of 50 to 60 ° C, an anode current density of 1 to 100 mA / cm 2 , and an anode oxidation-reduction potential of 600 to 1200 mV. Method for producing ruthenium oxide fine powder. 前記電解後に溶液から回収したルテニウム酸化物微粉末を更に粉砕・分散することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のルテニウム酸化物微粉末の製造方法。   The method for producing a ruthenium oxide fine powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the ruthenium oxide fine powder recovered from the solution after the electrolysis is further pulverized and dispersed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013065984A1 (en) * 2011-11-01 2013-05-10 성균관대학교 산학협력단 Method of manufacturing powder having high surface area
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