No contexto da “neutralidade carbônica”, os supercapacitores, como um dispositivo emergente de armazenamento de energia verde, têm mostrado vantagens como carregamento e descarregamento rápidos, alta densidade de potência e bom desempenho de ciclagem, o que gerou uma onda de pesquisas entre os estudiosos. Entre eles, os materiais dos eletrodos são um dos principais fatores para determinar o desempenho eletroquímico dos supercapacitores. A morfologia microscópica, o mecanismo de armazenamento de energia, a capacitância e a segurança dos materiais dos eletrodos terão um impacto importante no desempenho e aplicação dos supercapacitores.
A fim de aumentar a densidade de energia e o desempenho eletroquímico dos supercapacitores, os pesquisadores selecionaram óxidos de metais de transição com alta capacitância teórica; no entanto, todos os materiais de eletrodo de óxido de metal de transição em pó encontram problemas como pequena área de superfície específica, poucos sítios ativos e colapso estrutural causado por tamanhos de partículas/volumes grandes e variáveis.

Wenjing Zhang, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Jiangsu, e colegas de trabalho projetaram e prepararam um material composto de nanofolha de dióxido de manganês/carbono para resolver os problemas de morfologia e distribuição de tamanho de materiais de eletrodo em pó. Este estudo foi publicado em Frontiers of Chemical Science and Engineering em 24 de fevereiro de 2022.

"Após a carbonização do monohidrato de citrato tripotássico e HNO₃ acidificação, um SNC ativo foi produzido para o crescimento uniforme de MnO₂ em sua superfície, eliminando MnO₂ grânulos com dimensões não uniformes e aglomeração severa", disse Zhang.

"A ativação do HNO₃ produziu grandes quantidades de grupos funcionais para a combinação de CNS e MnO₂ nanofolhas, que forneceram muitos locais de transferência e reação para íons do eletrólito e promoveram o desempenho eletroquímico do compósito. Os materiais de carbono ofereceram excelente condutividade e estabilidade sob forte corrente; assim, o composto mostrou capacidade de taxa muito melhor."

Graças ao efeito limitador e regulador das nanofolhas de carbono ultrafinas, o MnO₂ O composto /CNS exibe propriedades eletroquímicas superiores em comparação com o monômero de nanofolha de carbono e MnO₂ monômero:maior capacitância específica na mesma tensão, melhor desempenho multiplicativo na mesma densidade de corrente e menor resistência interna do material do eletrodo.

"A pesquisa mostrou que as nanofolhas de carbono ultrafinas que são derivadas do monohidrato de citrato tripotássico podem ser usadas como substrato para o crescimento do dióxido de manganês", disse Xuehua Yan, co-autor correspondente deste estudo que vem do Departamento de de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Jiangsu.

"As propriedades eletroquímicas do dióxido de manganês são efetivamente aprimoradas ajustando sua distribuição. Nossa pesquisa ampliou a ideia de preparar materiais de eletrodos em pó e expandiu a aplicação de materiais de carbono e óxidos de metais de transição no campo de armazenamento de energia." + Explorar mais

Nanocompósitos ternários de cadeia de esferas organizados ordenadamente para supercapacitores