Электрохимические характеристики MnO2/С-электродов в нейтральных водных электролитах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Модификацию поверхности угольных электродов наночастицами диоксида марганца проводили методом анодного электрохимического осаждения. Структурные характеристики и элементный состав MnO2/С  изучены методами энергодисперсионного микроанализа, просвечивающей электронной микроскопии. Электрохимические характеристики электродов исследованы методами циклической вольтамперометрии, гальваностатического заряда-разряда и импедансной спектроскопии. Проведено сравнение удельной емкости электродов MnO2/С в 0,5 М растворах Li2SO4, Na2SO4 и K2SO4. Установлено, что большие значения удельной емкости полученных материалов реализуются в растворе сульфата натрия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Чернявина

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vchernyavina@yandex.ru
Россия, 344006, Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105/42

А. Г. Бережная

Южный федеральный университет

Email: vchernyavina@yandex.ru
Россия, 344006, Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105/42

Я. А. Дышловая

Южный федеральный университет

Email: vchernyavina@yandex.ru
Россия, 344006, Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105/42

Список литературы

  1. Vellacheri R., Pillai V.K., Kurungot S. Hydrous RuO2–Carbon Nanofiber Electrodes with High Mass and Electrode-Specific Capacitance for Efficient Energy Storage // Nanoscale. 2012. № 4. P. 890–896. https://doi.org/10.1039/C2NR11479H
  2. Mao L., Zhang K., Chan H. S., Wu J. Nanostructured MnO2/Graphene Composites for Supercapacitor Electrodes: the Effect of Morphology, Crystallinity and Composition // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. № 5. P. 1845–1851. https://doi.org/10.1039/C1JM14503G
  3. Meher S.K., Rao G.R. Effect of Microwave on the Nanowire Morphology, Optical, Magnetic, and Pseudocapacitance Behavior of Co3O4 // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 51. P. 25543–25556. https://doi.org/10.1021/jp209165v
  4. Qu Q.T., Zhu Y.S., Gao X.W., Wu Y.P. Core–Shell Structure of Polypyrrole Grown on V2O5 Nanoribbon as High Performance Anode Material for Supercapacitors // Adv. Energy Mater. 2012. V. 2. № 8. P. 950–955. https://doi.org/10.1002/aenm.201200088
  5. Tang W., Liu L.L., Tian S., Li L., Yue Y.B., Wu Y.P., Zhu K. Aqueous Supercapacitors of High Energy Density Based on MoO3 Nanoplates As Anode Material // Chem. Commun. 2011. V. 47. № 36. P. 10058–10060. https://doi.org/10.1039/C1CC13474D
  6. Naoi K., Morita M. Advanced Polymers as Active Materials and Electrolytes for Electrochemical Capacitors and Hybrid Capacitor Systems // The Electrochem. Soc. Interface. 2008. V. 17. P. 44–48. https://doi.org/10.1149/2.F06081IF
  7. Lee H. Y., Goodenough J. B. Ideal Supercapacitor Behavior of Amorphous V2O5·nH2O in Potassium Chloride (KCl) Aqueous Solution // J. Solid State Chem. 1999. V. 148. № 1. P. 81–84. https://doi.org/10.1006/jssc.1999.8367
  8. Xu C., Kang F., Li B., Du H. Recent Progress on Manganese Dioxide Based Supercapacitors // J. Mater. Res. 2010. V. 25. P. 1421–1432. https://doi.org/10.1557/JMR.2010.0211
  9. Hou D., Tao H., Zhu X., Li M. Polydopamine and MnO2 Core-Shell Composites for High-Performance Supercapacitors // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 419. P. 580–585. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.05.080
  10. Lang J.W., Yan X.B., Yuan X.Y., Yang J., Xue Q.J. Study on the Electrochemical Properties of Cubic Ordered Mesoporous Carbon for Supercapacitors // J. Power Sources. 2011. V. 196. P. 10472–10478. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.08.017
  11. Xu C., Wei C., Li B., Kang F., Guan Z. Charge Storage Mechanism of Manganese Dioxide for Capacitor Application: Effect of the Mild Electrolytes Containing Alkaline and Alkaline-Earth Metal Cations // J. Power Sources. 2011. V. 196. P. 7854–7859. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.04.052
  12. Kim I-T., Kouda N., Yoshimoto N., Morita M. Preparation and Electrochemical Analysis of Electrodeposited MnO2/C Composite for Advanced Capacitor Electrode // J. Power Sources. 2015. V. 298. P. 123–129. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.08.046
  13. Чернявина В.В., Бережная А.Г. Удельная масса и энергетические свойства угольных электродов на основе активированного угля марки NORIT DLС SUPRA 50 // Электрохимия. 2018. Т. 54. № 8. С. 42–47. https://doi.org/10.1134/s0424857018110026
  14. Liu B., Cao Z., Yang Z., Qi W., He J., Pan P., Li H., Zhang P. Flexible Micro-Supercapacitors Fabricated from MnO2 Nanosheet/Graphene Composites with Black Phosphorus Additive // Prog. Nat. Sci. 2022. V. 32. № 1. P. 10–19. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2021.10.008
  15. Wang J., Yunus R., Li J., Li P., Zhang P., Kim J. In Situ Synthesis of Manganese Oxides on Polyester Fiber for Formaldehyde Decomposition at Room Temperature // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 357. P. 787–94. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.09.109
  16. Devaraj S., Munichandraiah N. Effect of Crystallographic Structure of MnO2 on Its Electrochemical Capacitance Properties // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 11. P. 4406–4417. https://doi.org/10.1021/jp7108785
  17. Toupin M., Brousse T., B´elanger D. Charge Storage Mechanism of MnO2 Electrode Used in Aqueous Electrochemical Capacitor // Chem. Mater. 2004. V. 16. № 16. P. 3184–3190. https://doi.org/10.1021/cm049649j
  18. Chen P., Adomkevicius A., Lu Y., Lin S., Tu Y., Hu C. The Ultrahigh-Rate Performance of Alkali Ion-Pre-Intercalated Manganese Oxides in Aqueous Li2SO4, Na2SO4, K2SO4 and MgSO4 Electrolytes // J. Electrochem. Soc. 2019. V.166. № 10. P. 1875–1883. https://doi.org/10.1149/2.0631910jes
  19. Qu Q., Zhang P., Wang B., Chen Y., Tian S., Wu Y., Holze R. Electrochemical Performance of MnO2 Nanorods in Neutral Aqueous Electrolytes as a Сathode for Asymmetric Supercapacitors // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. № 31. P. 14020–14027. https://doi.org/10.1021/jp8113094
  20. Gu J., Fan X., Liu X., Li S., Wang Z., Tang S. and Yuan D. Mesoporous Manganese Oxide with Large Specific Surface Area for High-Performance Asymmetric Supercapacitor with Enhanced Cycling Stability // Chem. Eng. J. 2017. V. 324. P. 35–42. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.05.014
  21. Shao J., Li X., Qu Q., Wu Y. Study on Different Power and Cycling Performance of Crystalline KxMnO2·nH2O as Cathode Material for Supercapacitors in Li2SO4, Na2SO4, and K2SO4 Aqueous Electrolytes // J. Power Sources. 2013. V. 223. P. 56–61. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.09.046
  22. Xu C., Li B., Du H., Kang F., Zeng Y. Capacitive Behavior and Charge Storage Mechanism of Manganese Dioxide in Aqueous Solution Containing Bivalent Cations // J. Electrochem. Soc. 2009. V. 156. № 1. P. 73–78. https://doi.org/10.1149/1.3021013
  23. Devaraj S., Munichandraiah N.J. The Effect of Nonionic Surfactant Triton X-100 During Electrochemical Deposition of MnO2 on Its Capacitance Properties // J. Electrochem. Soc. 2007. V. 154. № 10. P. 901–909. https://doi.org/10.1149/1.2759618
  24. Reddy R.N., Reddy R.G. Sol–Gel MnO2 As an Electrode Material for Electrochemical Capacitors // J. Power Sources. 2003. V. 124. № 1. P. 330–337. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(03)00600-1
  25. Xu C., Li B., Du H., Kang F., Zeng Y. Supercapacitive Studies on Amorphous MnO2 in Mild Solutions // J. Power Sources. 2008. V. 184. № 2. P. 691– 694. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.04.005

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. СЭМ-снимки и спектры EDX для электродов С (а, б) и композита MnO2/С (в, г).

Скачать (53KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ПЭМ-снимки материала MnO2/С.

Скачать (15KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Циклические вольтамперные кривые, снятые на угольном электроде и MnO2/С в 0.5 М растворах Li2SO4, Na2SO4, K2SO4 при скорости развертки 5 мВ/с.

Скачать (3KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Гальваностатические заряд-разрядные кривые для электродов угольного и MnO2/С, полученных при Iуд = 0.4 А/г в 0.5 М растворах Li2SO4, Na2SO4, K2SO4.

Скачать (3KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Диаграммы Найквиста, полученные для электродов MnO2/С при 50 мГц – 500 КГц в 1М растворах Li2SO4, Na2SO4 и К2SO4.

Скачать (2KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024