Влияние катионного состава водного электролита на емкость электроосажденного диоксида марганца

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Электрохимические свойства пленки диоксида марганца, полученной в результате электрохимического осаждения из 1 М MnSO4 + 1 М LiClO4, исследованы в 0.5 М водных растворах Li2SO4, Na2SO4 и K2SO4. Структурные характеристики и элементный состав образцов МnO2 изучены методами рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Электрохимические характеристики электродов определены методами циклической вольт-амперометрии, гальваностатического заряда-разряда и импедансной спектроскопии. Установлено, что удельная емкость наночастиц MnO2 зависит от состава водного электролита. Во всех растворах у электродов MnO2 реализуется смешанный механизм накопления заряда. Показано, что при низких скоростях развертки 1 мВ/с наибольшая емкость электрода 426 Ф/г наблюдается в 0.5 М растворе Na2SO4.

Об авторах

В. В. Чернявина

Южный федеральный университет

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

А. Г. Бережная

Южный федеральный университет

ул. Б. Садовая, 105/42, Ростов-на-Дону, 344006 Россия

Я. А. Дышловая

Южный федеральный университет

ул. Б. Садовая, 105/42, Ростов-на-Дону, 344006 Россия

Список литературы

  1. Bélanger D., Brousse L., Long J.W. Manganese Oxides: Battery Materials Make the Leap to Electrochemical Capacitors // Electrochem. Soc. Interface. 2008. V. 17. P. 49–52. https://doi.org/10.1149/2.F07081IF
  2. Toupin M., Brousse T., Bélanger 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/cm049649
  3. Li S.-M., Wang Y.-S., Yang S.-Y., Liu C.-H., Chang K.-H., Tien H.-W., Wen N.-T., Ma C.-C.M., Hu C.-C. Electrochemical Deposition of Nanostructured Manganese Oxide on Hierarchically Porous Graphene–Carbon Nanotube Structure for UltraHigh-Performance Electrochemical Capacitors // J. Power Sources. 2013. V. 225. P. 347–355. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.10.037
  4. Brousse T., Toupin M., Dugas R., Athouël L., Crosnier O., Bélanger D. Crystalline MnO2 as Possible Alternatives to Amorphous Compounds in Electrochemical Supercapacitors // J. Electroсhem. Soc. 2006. V. 153. № 12. P. 2171–2180. https://doi.org/10.1149/1.2352197
  5. Devaraj S., Munichandraiah N. Effect of Crystallographic Structure of MnO2 on its Electrochemical Capacitance Properties // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 4406–4417. https://doi.org/10.1021/jp7108785
  6. Lee H.Y., Kim S., Lee H.Y. Expansion of Active Site Area and Improvement of Kinetic Reversibility in Electrochemical Pseudocapacitor Electrode // Electrochem. Solid-State Lett. 2001. V. 4. № 3. P. 19–22. https://doi.org/10.1149/1.1346536
  7. Luo J.-Y., Xia Y.-Y. Effect of Pore Structure on the Electrochemical Capacitive Performance of MnO2 // J. Electroсhem. Soc. 2007. V. 154. № 11. P. 987–992. https://doi.org/10.1149/1.2775167
  8. Tian F., Xie Y. Preparation and Capacitive Properties of Lithium Manganese Oxide Intercalation Compound // J. Nanopart. Res. 2015. V. 17. P. 481–497. https://doi.org/10.1007/s11051-015-3284-y
  9. Jänes A., Eskusson J., Mattisen L. et al. Electrochemical Behaviour of Hybrid Devices Based on Na2SO4 and Rb2SO4 Neutral Aqueous Electrolytes and Carbon Electrodes within Wide Cell Potential Region // J. Solid State Electrochem. 2015. V. 19. P. 769–783. https://doi.org/10.1007/s10008-014-2668-8
  10. Munaiah Y., Gnana B., Raj S., Prem Kumar T., Ragupathy P. Facile Synthesis of Hollow Sphere Amorphous MnO2: the Formation Mechanism, Morphology and Effect of a Bivalent Cation-Containing Electrolyte on its Supercapacitive Behavior // J. Mater. Chem. A. 2013. V. 1. № 13. P. 4300–4306. https://doi.org/10.1039/C3TA01089A
  11. Radhiyah A., Izwan M.I., Baiju V., Feng C.K., Jamil I., Jose R. Doubling of Electrochemical Parameters Via the Pre-Intercalation of Na+ in Layered MnO2 Nanoflakes Compared to α-MnO2 Nanorods // RSC Advances. 2015. V. 5. № 13. P. 9667–9673. https://doi.org/10.1039/C4RA15536J
  12. Chen C.Y., Wang S.C., Tien Y.H. et al. Hybrid Manganese Oxide Films for Supercapacitor Application Prepared by Sol–Gel Technique // Thin Solid Films. 2009. V. 518. № 5. P. 1557–1560. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.09.072
  13. Chou S.L., Cheng F.Y., Chen J. Electrodeposition Synthesis and Electrochemical Properties of Nanostructured γ-MnO2 Films // J. Power Sources. 2006. V. 162. № 1. P. 727–734. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.06.033
  14. Nam K.W., Kim K.B. Manganese Oxide Film Electrodes Prepared by Electrostatic Spray Deposition for Electrochemical Capacitors // J. Electroсhem. Soc. 2006. V. 153. № 1. P. 81–88. https://doi.org/10.1149/1.2131821
  15. Djurfors B., Broughton J.N., Brett M.J. et al. Electrochemical Oxidation of Mn/MnO Films: Formation of an Electrochemical Capacitor // Acta Mater. 2005. V. 53. № 4. P. 957–965. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.10.041
  16. Xia H., Xiao W., Lai M.O. et al. Facile Synthesis of Novel Nanostructured MnO2 Thin Films and Their Application in Supercapacitors // Nanoscale Res. Lett. 2009. V. 4. № 9. P. 1035–1040. https://doi.org/10.1007/s11671-009-9352-4
  17. Xia H., Lai M.O., Lu L. Nanostructured Manganese Oxide Thin Films as Electrode Material for Supercapacitors // JOM. 2011. V. 63. № 1. P. 54–59. https://doi.org/10.1007/s11837-011-0014-5
  18. Rodrigues S., Munichandraiah N., Shukla A.K. A Cyclic Voltammetric Study of the Kinetics and Mechanism of Electrodeposition of Manganese Dioxide // J. Appl. Electrochem. 1998. V. 28. № 11. P. 1235–1241. https://doi.org/10.1023/A:1003472901760
  19. Le Gal La Salle A., Sarciaux S., Verbaere A., Piffard Y., Guyomard D. Synthesis and Characterization of γ-MnO2 Samples with Unusual Structural Parameters // J. Electrochem. Soc. 2000. V. 147. № 3. P. 945–952. https://doi.org/10.1149/1.1393296
  20. Devaraj S., Munichandraiah N. 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
  21. Lefebvre M.C., Conway B.E. Nucleation and Morphologies in the Process of Electrocrystallization of Aluminium on Smooth Gold and Glassy-Carbon Substrates // J. Electroanal. Chem. 2000. V. 480. P. 46–58. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(99)00444-1
  22. Scharifker B., Hills G. Theoretical and Experimental Studies of Multiple Nucleation // Electrochim. Acta. 1983. V. 28. P. 879–889. https://doi.org/10.1016/0013-4686(83)85163-9
  23. Бойцова О.В., Шекунова Т.О., Баранчиков А.Е. Синтез нанокристаллического диоксида марганца в условиях гидротермально-микроволновой обработки // Журн. неорган. химии. 2015. Т. 60. № 5. С. 612–617. https://doi.org/10.7868/S0044457X15050025
  24. Julien C.M., Massot M., Poinsignon C. Lattice Vibrations of Manganese Oxides. Part 1. Periodic Structures // Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2004. V. 60. № 3. P. 689–700. https://doi.org/10.1016/S1386-1425(03)00279-8
  25. Dubal D.P., Kim W.B., Lokhande C.D. Surfactant Assisted Electrodeposition of MnO2 Thin Films: Improved Supercapacitive Properties // J. Alloys Compd. 2011. V. 509. № 41. P. 10050–10054. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.08.029
  26. Pang S.C., Anderson M.A., Chapman T.W. Novel Electrode Materials for Thin-Film Ultracapacitors: Comparison of Electrochemical Properties of Sol-Gel-Derived and Electrodeposited Manganese Dioxide // J. Electrochem. Soc. 2000. V. 147. P. 444–450. https://doi.org/10.1149/1.1393216
  27. Kuo S.L., Wu N.L. Investigation of Pseudocapacitive Charge-Storage Reaction of MnO2·nH2O Supercapacitors in Aqueous Electrolytes // J. Electrochem. Soc. 2006. V. 153. P. 1317–1324. https://doi.org/10.1149/1.2197667
  28. Ragupathy P., Vasan H.N., Munichandraiah N. Synthesis and Characterization of Nano-MnO2 for Electrochemical Supercapacitor Studies // J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. P. 34–40. https://doi.org/10.1149/1.2800163
  29. Ghasemi S., Hosseini S.R., Boore-talari O. Sonochemical Assisted Synthesis MnO2/RGO Nanohybrid as Effective Electrode Material for Supercapacitor // Ultrason Sonochem. 2018. V. 40. P. 675–685. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.08.013
  30. Chen P.-Y., Adomkevicius A., Lu Y.-T., Lin S.-C., Tu Y.-H., Hu C.-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
  31. Augustyn V., Come J., Lowe M.A., Kim J.W., Taberna P.-L., Tolbert S.H., Abruña H.D., Simon P., Dunn B. High-Rate Electrochemical Energy Storage Through Li+ Intercalation Pseudocapacitance // Nat. Mater. 2013. V. 12. № 6. P. 518–522. https://doi.org/10.1038/nmat3601
  32. Keshari A.S., Dubey P. Sucrose-Assisted One Step Hydrothermal Synthesis of MnCO3/Mn3O4 Hybrid Materials for Electrochemical Energy Storage // Electrochim. Acta. 2022. V. 402. 139486. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139486

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025