I sammanhanget "kolneutralitet" har superkondensatorer, som en framväxande grön energilagringsenhet, visat fördelar som snabb laddning och urladdning, hög effekttäthet och bra cykelprestanda, vilket har genererat en våg av forskning bland forskare. Bland dem är elektrodmaterial en av nyckelfaktorerna för att bestämma superkondensatorers elektrokemiska prestanda. Den mikroskopiska morfologin, energilagringsmekanismen, kapacitansen och säkerheten hos elektrodmaterial kommer att ha en viktig inverkan på prestandan och tillämpningen av superkondensatorer.

För att förbättra superkondensatorernas energitäthet och elektrokemiska prestanda har forskare valt övergångsmetalloxider med hög teoretisk kapacitans; Emellertid möter pulverformiga övergångsmetalloxidelektrodmaterial problem som liten specifik yta, få aktiva platser och strukturell kollaps orsakad av stora och varierande partikel-/bulkstorlekar.

Wenjing Zhang från Institutionen för materialvetenskap och teknik vid Jiangsu University, och medarbetare har designat och förberett ett kompositmaterial av mangandioxid/kol nanoskivor för att ta itu med morfologi och storleksfördelningsproblem hos pulverelektrodmaterial. Denna studie publicerades i Frontiers of Chemical Science and Engineering den 24 februari 2022.

"Efter förkolningen av trikaliumcitratmonohydrat och HNO₃ försurning producerades ett aktivt CNS för enhetlig tillväxt av MnO₂ på dess yta, vilket eliminerar MnO₂ granulat med ojämna dimensioner och kraftig agglomeration." sa Zhang.

"Aktiveringen av HNO₃ producerade stora mängder funktionella grupper för kombinationen av CNS och MnO₂ nanosheets, som gav många överförings- och reagerande platser för joner från elektrolyten och främjade kompositens elektrokemiska prestanda. Kolmaterialen erbjöd utmärkt ledningsförmåga och stabilitet under stark ström; sålunda visade kompositen mycket bättre hastighetsförmåga."

Tack vare den begränsande och reglerande effekten av de ultratunna nanoskivorna i kol, MnO₂ /CNS-komposit uppvisar överlägsna elektrokemiska egenskaper jämfört med kolnanosheetmonomer och MnO₂ monomer:högre specifik kapacitans vid samma spänning, bättre multiplikativ prestanda vid samma strömtäthet och lägre inre resistans i elektrodmaterialet.

"Forskningen har visat att de ultratunna nanoskivorna av kol som härrör från trikaliumcitratmonohydrat kan användas som ett substrat för tillväxten av mangandioxid", säger Xuehua Yan, medförfattare till denna studie som kommer från avdelningen i materialvetenskap och teknik vid Jiangsu University.

"De elektrokemiska egenskaperna hos mangandioxid förbättras effektivt genom att justera dess distribution. Vår forskning vidgade idén om att förbereda pulverformiga elektrodmaterial och utökade tillämpningen av kolmaterial och övergångsmetalloxider inom energilagring." + Utforska vidare

Ordnade pärlkedja-ternära nanokompositer för superkondensatorer