En el contexto de la "neutralidad de carbono", los supercondensadores, como un dispositivo de almacenamiento de energía verde emergente, han mostrado ventajas como carga y descarga rápidas, alta densidad de potencia y buen rendimiento de ciclo, lo que ha generado una ola de investigación entre los académicos. Entre ellos, los materiales de los electrodos son uno de los factores clave para determinar el rendimiento electroquímico de los supercondensadores. La morfología microscópica, el mecanismo de almacenamiento de energía, la capacitancia y la seguridad de los materiales de los electrodos tendrán un impacto importante en el rendimiento y la aplicación de los supercondensadores.

Para mejorar la densidad de energía y el rendimiento electroquímico de los supercondensadores, los investigadores seleccionaron óxidos de metales de transición con una alta capacitancia teórica; sin embargo, todos los materiales de electrodos de óxido de metal de transición en polvo enfrentan problemas tales como área de superficie específica pequeña, pocos sitios activos y colapso estructural causado por partículas/tamaños de volumen grandes y variables.

Wenjing Zhang, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Jiangsu, y sus colaboradores diseñaron y prepararon un material compuesto de nanoláminas de dióxido de manganeso/carbono para abordar los problemas de morfología y distribución de tamaño de los materiales de electrodos en polvo. Este estudio fue publicado en Frontiers of Chemical Science and Engineering el 24 de febrero de 2022.

"Después de la carbonización de citrato tripotásico monohidrato y HNO₃ acidificación, se produjo un SNC activo para el crecimiento uniforme de MnO₂ en su superficie, eliminando el MnO₂ gránulos con dimensiones no uniformes y aglomeración severa", dijo Zhang.

"La activación de HNO₃ produjo grandes cantidades de grupos funcionales para la combinación de SNC y MnO₂ nanoláminas, que proporcionaron muchos sitios de transferencia y reacción para los iones del electrolito y promovieron el rendimiento electroquímico del compuesto. Los materiales de carbono ofrecieron una excelente conductividad y estabilidad bajo fuertes corrientes; por lo tanto, el compuesto mostró una capacidad de velocidad mucho mejor".

Gracias al efecto restrictivo y regulador de las nanoláminas de carbono ultrafinas, el MnO₂ El compuesto /CNS exhibe propiedades electroquímicas superiores en comparación con el monómero de nanoláminas de carbono y el MnO₂ monómero:mayor capacitancia específica al mismo voltaje, mejor rendimiento multiplicativo a la misma densidad de corriente y menor resistencia interna del material del electrodo.

"La investigación ha demostrado que las nanoláminas de carbono ultrafinas que se derivan del monohidrato de citrato de tripotasio se pueden utilizar como sustrato para el crecimiento de dióxido de manganeso", dijo Xuehua Yan, coautor correspondiente de este estudio que proviene del Departamento. de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Jiangsu.

"Las propiedades electroquímicas del dióxido de manganeso se mejoran de manera efectiva ajustando su distribución. Nuestra investigación amplió la idea de preparar materiales de electrodos en polvo y amplió la aplicación de materiales de carbono y óxidos de metales de transición en el campo del almacenamiento de energía". + Explora más

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