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Refinement of structural characteristics and supercapacitor performance of MnO2 nanosheets via CTAB-assisted electrodeposition
利用ctab辅助电沉积技术改进二氧化锰纳米片的结构特征和超级电容器性能
研究背景
随着化石燃料的消耗和温室效应的加剧，储能技术变得至关重要。超级电容器以其高功率、长寿命、环保性和成本效益而闻名，受到了广泛关注。在电动汽车和电子设备等领域有着广泛的应用，具有巨大的商业潜力。超级电容器主要依靠伪电容和双层电容通过充电进行能量存储。无论采用何种存储方法，电极材料的性能都至关重要。目前，研究的电极材料主要包括碳基材料[导电聚合物和过渡金属氧化物。过渡金属氧化物因其在理论比电容和能量密度方面的显著优势而引起了研究人员的极大兴趣。
研究方法
本研究采用一步电化学沉积法在泡沫镍基材上合成MnO2。十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的加入改变了电极溶液界面的电流分布，改变了电极的形态，从而增加了比表面积，提高了性能。通过改变沉积时间确定了最佳沉积条件，并对添加CTAB前后的表面形态和比容量进行了比较。设计了一种不对称超级电容器，利用MnO2作为正极，活性炭作为负极。这种配置产生了35.21 Wh kg-1的能量密度，与之前的研究相比有所改善。
实验结果解析
图1. 制备MnO2/CTAB电极材料的工艺示意图
图8.（a）MnO2/CTAB电极在不同扫描速率下的CV曲线，（b）MnO2/CTAB电极在不同电流密度下的GCD曲线，（c） MnO2/CTAB电极在10A g-1电流密度下的循环稳定性（d） MnO2/CTAB的log（ip）-log（v）曲线及其b值，（e） CV分区分析显示了在选定扫描速率下电容对总电流的贡献。（f） 不同扫描速率下电容的归一化贡献率。沉积时间为30分钟。
图9. （a） 在10 mV s-1的扫描速率下，在不同电压窗口下测试的交流电的CV曲线，（b）在1.8 V下不同扫描速率下的交流电的CV曲线，（c）在不同电流密度下的交流电GCD曲线，（d）交流电的EIS曲线（插图是高频区的放大图），（e）在1 A g-1下30000次循环后的交流电循环稳定性曲线，（f）不同电流密度下交流电的比电容。。
试验结论
在这项研究中，我们采用了一种简单的电化学方法来制备不同沉积时间的无粘合剂MnO2/CTAB纳米片。CTAB的引入增加了活性材料的比表面积，从而提高了MnO2/CTAB的性能。与未优化的MnO2相比，MnO2/CTAB纳米片表现出显著优异的倍率性能。具体而言，沉积30分钟的MnO2显示出最高的电化学活性。MnO2/CTAB电极（30分钟）显示出最佳的电化学性能，在1A g-1下的比电容为665 F g-1，即使在10A g-1下也能保持340 F g-1。MnO2/CTAB电极具有优异的稳定性和较低的电荷转移电阻（0.68Ω）。MnO2/CTAB//AC电容器具有1.8V的宽工作电压窗口，功率密度为563.36 W kg-1时，能量密度为35.21 Wh kg-1。我们的工作证明了MnO2/CTAB作为制造高性能超级电容器的正极材料的巨大潜力。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2023.12.013
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2022年最新影响因子4.8，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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