Credito:stampa di istruzione superiore
Nel contesto della "neutralità di carbonio", i supercondensatori, in quanto dispositivo emergente di accumulo di energia verde, hanno mostrato vantaggi come carica e scarica rapida, alta densità di potenza e buone prestazioni di ciclismo, che hanno generato un'ondata di ricerca tra gli studiosi. Tra questi, i materiali degli elettrodi sono uno dei fattori chiave per determinare le prestazioni elettrochimiche dei supercondensatori. La morfologia microscopica, il meccanismo di accumulo di energia, la capacità e la sicurezza dei materiali degli elettrodi avranno un impatto importante sulle prestazioni e sull'applicazione dei supercondensatori.
Al fine di migliorare la densità di energia e le prestazioni elettrochimiche dei supercondensatori, i ricercatori hanno selezionato ossidi di metalli di transizione con un'elevata capacità teorica; tuttavia, tutti i materiali degli elettrodi di ossido di metallo di transizione in polvere incontrano problemi come una piccola area superficiale specifica, pochi siti attivi e collasso strutturale causato da particelle/dimensioni di massa grandi e variabili.
Wenjing Zhang del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Jiangsu, e collaboratori hanno progettato e preparato un materiale composito biossido di manganese/nanosheet di carbonio per affrontare i problemi di morfologia e distribuzione dimensionale dei materiali degli elettrodi in polvere. Questo studio è stato pubblicato in Frontiers of Chemical Science and Engineering il 24 febbraio 2022.
"Dopo la carbonizzazione del citrato tripotassico monoidrato e HNO3 acidificazione, è stato prodotto un SNC attivo per la crescita uniforme di MnO2 sulla sua superficie, eliminando MnO2 granuli con dimensioni non uniformi e grave agglomerazione", ha detto Zhang.
"L'attivazione di HNO3 ha prodotto grandi quantità di gruppi funzionali per la combinazione di SNC e MnO2 nanosheet, che fornivano numerosi siti di trasferimento e reazione per gli ioni dall'elettrolita e promuovevano le prestazioni elettrochimiche del composito. I materiali in carbonio offrivano un'eccellente conduttività e stabilità sotto forte corrente; quindi, il composito ha mostrato una capacità di velocità molto migliore."
Grazie all'effetto vincolante e regolatore dei nanosheet di carbonio ultrasottili, il MnO2 Il composito /CNS mostra proprietà elettrochimiche superiori rispetto al monomero di nanofoglio di carbonio e MnO2 monomero:maggiore capacità specifica alla stessa tensione, migliori prestazioni moltiplicative alla stessa densità di corrente e minore resistenza interna del materiale dell'elettrodo.
"La ricerca ha dimostrato che i nanofogli di carbonio ultrasottili derivati dal citrato di tripotassio monoidrato possono essere utilizzati come substrato per la crescita del biossido di manganese", ha affermato Xuehua Yan, co-autore di questo studio che proviene dal Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria dell'Università di Jiangsu.
"Le proprietà elettrochimiche del biossido di manganese vengono migliorate in modo efficace regolandone la distribuzione. La nostra ricerca ha ampliato l'idea di preparare materiali per elettrodi in polvere e ampliato l'applicazione di materiali di carbonio e ossidi di metalli di transizione nel campo dell'accumulo di energia". + Esplora ulteriormente
