In de context van "koolstofneutraliteit" hebben supercondensatoren, als een opkomend apparaat voor groene energieopslag, voordelen getoond zoals snel opladen en ontladen, hoge vermogensdichtheid en goede fietsprestaties, die een golf van onderzoek onder wetenschappers hebben gegenereerd. Onder hen zijn elektrodematerialen een van de belangrijkste factoren om de elektrochemische prestaties van supercondensatoren te bepalen. De microscopische morfologie, het energieopslagmechanisme, de capaciteit en de veiligheid van elektrodematerialen zullen een belangrijke impact hebben op de prestaties en toepassing van supercondensatoren.

Om de energiedichtheid en elektrochemische prestaties van supercondensatoren te verbeteren, hebben onderzoekers overgangsmetaaloxiden geselecteerd met een hoge theoretische capaciteit; echter, poedervormige overgangsmetaaloxide-elektrodematerialen ondervinden allemaal problemen zoals een klein specifiek oppervlak, weinig actieve plaatsen en structurele ineenstorting veroorzaakt door grote en variabele deeltjes-/bulkgroottes.

Wenjing Zhang van het Department of Materials Science and Engineering van Jiangsu University, en collega's hebben een mangaandioxide/koolstof nanosheet composietmateriaal ontworpen en voorbereid om de morfologie en grootteverdelingsproblemen van poederelektrodematerialen aan te pakken. Deze studie is gepubliceerd in Frontiers of Chemical Science and Engineering op 24 februari 2022.

"Na de carbonisatie van trikaliumcitraatmonohydraat en HNO₃ verzuring, werd een actief CZS geproduceerd voor de uniforme groei van MnO₂ op het oppervlak, waardoor MnO₂ . wordt geëlimineerd korrels met ongelijkmatige afmetingen en ernstige agglomeratie." zei Zhang.

"De activering van HNO₃ produceerde grote hoeveelheden functionele groepen voor de combinatie van CNS en MnO₂ nanosheets, die veel overdrachts- en reactieplaatsen voor ionen uit de elektrolyt verschaften en de elektrochemische prestaties van de composiet bevorderden. De koolstofmaterialen boden uitstekende geleidbaarheid en stabiliteit onder sterke stroom; dus de composiet vertoonde een veel betere snelheidscapaciteit."

Dankzij de beperkende en regulerende werking van de ultradunne koolstof nanosheets, is de MnO₂ /CNS-composiet vertoont superieure elektrochemische eigenschappen in vergelijking met koolstof nanobladmonomeer en MnO₂ monomeer:​​hogere specifieke capaciteit bij dezelfde spanning, betere multiplicatieve prestaties bij dezelfde stroomdichtheid en lagere interne weerstand van het elektrodemateriaal.

"Het onderzoek heeft aangetoond dat de ultradunne koolstof-nanobladen die zijn afgeleid van trikaliumcitraatmonohydraat, kunnen worden gebruikt als substraat voor de groei van mangaandioxide", zegt Xuehua Yan, de co-corresponderende auteur van deze studie die afkomstig is van de afdeling of Materials Science and Engineering van de Jiangsu University.

"De elektrochemische eigenschappen van mangaandioxide worden effectief verbeterd door de distributie ervan aan te passen. Ons onderzoek verbreedde het idee om elektrodematerialen in poedervorm te bereiden en breidde de toepassing van koolstofmaterialen en overgangsmetaaloxiden op het gebied van energieopslag uit." + Verder verkennen

Ordelijk gerangschikte ternaire nanocomposieten met kralen voor supercondensatoren