Восстановительная обработка δ-MnO2 боргидридом натрия: способ повышения емкости электродного материала

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. Stranick M. A. MnO2 by XPS // Surf. Sci. Spectra. 1999. V. 6. N 1. P. 31-38. https://doi.org/10.1116/1.1247888
  13. Stranick M. A. Mn2O3 by XPS // Surf. Sci. Spectra. 1999. V. 6. N 1. P. 47-54. https://doi.org/10.1116/1.1247889
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».