Восстановительная обработка δ-MnO2 боргидридом натрия: способ повышения емкости электродного материала
- Авторы: Архипова Е.А.1, Иванов А.С.2, Николенко С.К.2, Маслаков К.И.2, Савилов С.В.2, Алдошин С.М.2
-
Учреждения:
- Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Выпуск: Том 96, № 1 (2023)
- Страницы: 4-11
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4618/article/view/141694
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044461823010012
- EDN: https://elibrary.ru/HUASTW
- ID: 141694
Цитировать
Аннотация
Изучено влияние восстановительной обработки на фазовый состав, морфологию и электрохимические параметры δ-MnO2, полученного гидротермальным методом из KMnO4 при температуре 160°С в присутствии HNO3. Обработка δ-MnO2 3 М водным раствором NaBH4 приводит к частичному восстановлению Mn(IV) до Mn(III) и Mn(II). Электрохимические характеристики полученных электродных материалов изучены методом циклической вольтамперометрии, гальваностатического заряда-разряда и спектроскопии импеданса. Восстановительная обработка увеличивает удельную емкость δ-MnO2 в 1 М Na2SO4 вплоть до 204 Ф·г-1 при плотности тока 0.1 А·г-1, а также снижает диффузионные ограничения при циклировании за счет увеличения удельной площади поверхности. Потеря удельной емкости после 2000 циклов заряда-разряда не превышает 2.6%, что подтверждает высокую электрохимическую стабильность полученных электродных материалов.
Об авторах
Е. А. Архипова
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
А. С. Иванов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
С. К. Николенко
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
К. И. Маслаков
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
С. В. Савилов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
С. М. Алдошин
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru
Список литературы
- Frackowiak E., Abbas Q., Béguin F. Carbon/carbon supercapacitors //j. Energy Chem. 2013. V. 22. N 2. P. 226-240. https://doi.org/10.1016/S2095-4956(13)60028-5
- Чернявина В. В., Бережная А. Г., Лепёшкин И. О., Дышловая Я. А. Композитные электроды С/MnO2 для электрохимических конденсаторов на водном электролите // Электрохим. энергетика. 2021. Т. 21. № 3. С. 156-163. https://doi.org/10.18500/1608-4039- 2021-21-3-156-163
- Huang M., Li F., Dong F., Zhang Y. X., Zhang L. L. MnO2-based nanostructures for high-performance supercapacitors //j. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 21380-21423. https://doi.org/10.1039/c5ta05523g
- Yin B., Zhang S., Jiang H., Qu F., Wu X. Phase- controlled synthesis of polymorphic MnO2 structures for electrochemical energy storage //j. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 5722-5729. https://doi.org/10.1039/C4TA06943A
- Wang J. G., Yang Y., Huang Z. H., Kang F. Coaxial carbon nanofibers/MnO 2 nanocomposites as freestanding electrodes for high-performance electrochemical capacitors // Electrochim. Acta. 2011. V. 56. N 25. P. 9240-9247. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.07.140
- Wu M. S. Electrochemical capacitance from manganese oxide nanowire structure synthesized by cyclic voltammetric electrodeposition // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. N 15. P. 1-3. https://doi.org/10.1063/1.2089169
- Arkhipova E. A., Ivanov A. S., Isaikina O. Ya., Novotortsev R. Yu., Stolbov D. N., Xia H., Savilov S. V. Application of MnO2/MWCNT composite in supercapacitors // Mater. Today Proc. 2022. V. 60. P. 1008-1011. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.408
- Zhai T., Xie S., Yu M., Fang P., Liang C., Lu X., Tong Y. Oxygen vacancies enhancing capacitive properties of MnO2 nanorods for wearable asymmetric supercapacitors // Nano Energy. 2014. V. 8. P. 255- 263. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.06.013
- Kumar J., Jung H. J., Neiber R. R., Soomro R. A., Kwon Y. J., Hassan N. U., Shon M., Lee J. H., Baek K., Cho K. Y. Recent advances in oxygen deficient metal oxides: Opportunities as supercapacitor electrodes // Int. J. Energy Res. 2022. V. 46. N 6. P. 1-27. https://doi.org/10.1002/er.7675
- Sun Y., Huang N., Sun X., Wang D., Zhang J., Qiao S., Gao Z. An improvement on capacitive properties of clew-like MnO2 by thermal treatment under nitrogen // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. N 31. P. 20016- 20025. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.05.234
- Wang X., Li Y. Synthesis and formation mechanism of manganese dioxide nanowires/nanorods // Chem. Eur. J. 2003. V. 9. N 1. P. 300-306. https://doi.org/10.1002/chem.200390024
- Stranick M. A. MnO2 by XPS // Surf. Sci. Spectra. 1999. V. 6. N 1. P. 31-38. https://doi.org/10.1116/1.1247888
- Stranick M. A. Mn2O3 by XPS // Surf. Sci. Spectra. 1999. V. 6. N 1. P. 47-54. https://doi.org/10.1116/1.1247889
- Soares E. A., Paniago R., Carvalho V. E, Lopes E. L., Abreu G. J. P., Pfannes H. D. Quantitative low-energy electron diffraction analysis of MnO(100) films grown on Ag(100) // Phys. Rev. B. 2006. V. 73. N 3. ID 035419. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.035419
- Beyreuther E., Grafström S., Eng L. M., Thiele C., Dörr K. XPS investigation of Mn valence in lanthanum manganite thin films under variation of oxygen content // Phys. Rev. B. 2006. V. 73. N 15. ID 155425. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.155425
- Langell M. A., Hutchings C. W., Carson G. A., Nassir M. H. High resolution electron energy loss spectroscopy of MnO(100) and oxidized MnO(100) //j. Vac. Sci. Technol. 1996. V. 14. N 3. P. 1656-1661. https://doi.org/10.1116/1.580314
- Benhaddad L., Makhloufi L., Messaoudi B., Rahmouni K., Takenouti H. Reactivity of nanostructured MnO2 in alkaline medium studied with a microcavity electrode: Effect of oxidizing agent //j. Mater. Sci. Technol. 2011. V. 27. N 7. P. 585-593. https://doi.org/10.1016/S1005-0302(11)60112-6
- Xiong T., Lee W. S. V., Huang X., Xue J. M. Mn3O4/ reduced graphene oxide based supercapacitor with ultra-long cycling performance //j. Mater. Chem. A. 2017. V. 5. P. 12762-12768. https://doi.org/10.1039/c7ta03319b
- Jia J., Lian X., Wu M., Zheng F., Gao Y., Niu H. Self- assembly of α-MnO2/Mn3O4 hierarchical structure on carbon cloth for asymmetric supercapacitors //j. Mater. Sci. 2021. V. 56. P. 3246-3255. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05475-9
- Gong Y., Li D., Fu Q., Pan C. Influence of graphene microstructures on electrochemical performance for supercapacitors //Prog. Nat. Sci. 2015. V. 25. N 5. P. 379-385. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2015.10.004