二氧化锰基超级电容器的电荷储能机理研究进展

作     者：唐晓宁 朱绍宽 宁坚 杨兴富 胡敏艺 邵姣婧 TANG Xiao-ning;ZHU Shao-kuan;NING Jian;YANG Xing-fu;HU Min-yi;SHAO Jiao-jing

作者机构：贵州大学材料与冶金学院贵州贵阳550025 先进电池与材料工程研究中心贵州省轻工职业技术学院贵州贵阳550025 贵州省普通高等学校石墨烯材料工程研究中心贵州贵阳550025 

出 版 物：《新型炭材料》 (New Carbon Materials)

年 卷 期：2021年第36卷第4期

页      面：702-710页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(51972070,52062004和22065005) 贵州省自然科学基金重点项目(1Z042) 贵州大学培育项目(GDPY01) 贵州大学引进人才科研项目(202052) 贵州大学实验室开放项目(SYSKF2021-004). 

主　　题：碳基材料 二氧化锰 电荷储能机理 超级电容器 

摘      要：碳基材料(如碳纳米管、石墨烯和介孔碳)是典型的电化学双电层超级电容器电极材料。虽然碳基材料表现出优异的电化学稳定性能,但其比电容较低。因此,常用赝电容材料与其复合。赝电容材料中,二氧化锰(MnO_(2))因理论比电容高、价格低、储量丰富和环境友好等特点,被广泛应用于超级电容器中。然而,MnO_(2)导电性能差、在循环充放电过程中相转变严重和体积变化大等问题,导致其在实际应用中常表现出较低的比电容。为了研发高性能MnO_(2)/碳基超级电容器,必须深入研究其储能机理。因此,本文分析和总结了4种MnO_(2)材料的电荷储能机理:电解液阳离子的表面吸附机理、电解液阳离子的嵌入-脱出机理、隧道储能机理和电荷补偿机理。虽然电荷补偿机理是涉及阳离子预先插入的MnO_(2)(AxMnO_(2))材料,但4种机理的本质都是Mn^(3+)和Mn^(4+)之间的相互转化,且由于储能过程复杂,MnO_(2)基超级电容器储能过程常是几种机理共同作用的结果。最后,对高性能MnO_(2)/碳基超级电容器的前景进行了展望,对其面临的主要挑战和发展策略进行了总结。