Carbon nanoark som en kompetent assistent til mangandioxid viser bemærkelsesværdig ydeevne i superkondensatorer

I forbindelse med "kulstofneutralitet" har superkondensatorer, som en ny grøn energilagringsenhed, vist fordele såsom hurtig opladning og afladning, høj effekttæthed og god cykelydelse, hvilket har genereret en bølge af forskning blandt forskere. Blandt dem er elektrodematerialer en af ​​nøglefaktorerne til at bestemme den elektrokemiske ydeevne af superkondensatorer. Den mikroskopiske morfologi, energilagringsmekanisme, kapacitans og sikkerhed af elektrodematerialer vil have en vigtig indflydelse på ydeevnen og anvendelsen af ​​superkondensatorer.

For at forbedre energitætheden og den elektrokemiske ydeevne af superkondensatorer har forskere udvalgt overgangsmetaloxider med høj teoretisk kapacitans; pulveriserede overgangsmetaloxidelektrodematerialer støder dog alle på problemer såsom lille specifikt overfladeareal, få aktive steder og strukturelt sammenbrud forårsaget af store og variable partikel-/bulkstørrelser.

Wenjing Zhang fra Department of Materials Science and Engineering på Jiangsu University, og kolleger har designet og forberedt et mangandioxid/carbon nanosheet-kompositmateriale til at løse morfologien og størrelsesfordelingsproblemerne for pulverelektrodematerialer. Denne undersøgelse blev offentliggjort i Grænser for kemisk videnskab og teknik den 24. februar 2022.

"Efter karboniseringen af ​​trikaliumcitratmonohydrat og HNO₃ forsuring blev der produceret et aktivt CNS til ensartet vækst af MnO₂ på dens overflade, hvilket eliminerer MnO₂ granulat med uensartede dimensioner og alvorlig agglomeration." sagde Zhang.

"Aktiveringen af ​​HNO₃ producerede store mængder funktionelle grupper til kombinationen af ​​CNS og MnO₂ nanoark, som gav masser af overførsels- og reaktionssteder for ioner fra elektrolytten og fremmede komposittens elektrokemiske ydeevne. Kulstofmaterialerne tilbød fremragende ledningsevne og stabilitet under stærk strøm; kompositmaterialet viste således meget bedre hastighedsevne."

Takket være den begrænsende og regulerende effekt af de ultratynde kulstof nanoplader, er MnO₂ /CNS-komposit udviser overlegne elektrokemiske egenskaber sammenlignet med carbon nanosheetmonomer og MnO₂ monomer:højere specifik kapacitans ved samme spænding, bedre multiplikativ ydeevne ved samme strømtæthed og lavere indre modstand i elektrodematerialet.

"Forskning har vist, at de ultratynde kulstof nanoplader, der er afledt af trikaliumcitratmonohydrat, kan bruges som et substrat for væksten af ​​mangandioxid," siger Xuehua Yan, den medkorsponerende forfatter til denne undersøgelse, som kommer fra instituttet. i materialevidenskab og teknik ved Jiangsu University.

"Mangandioxids elektrokemiske egenskaber forbedres effektivt ved at justere dets fordeling. Vores forskning udvidede ideen om at fremstille pulveriserede elektrodematerialer og udvidede anvendelsen af ​​kulstofmaterialer og overgangsmetaloxider inden for energilagring." + Udforsk yderligere

Ordnet arrangerede perlekæde-ternære nanokompositter til superkondensatorer