成果简介
构建具有高能量密度和显著功率密度的电化学储能装置是一项关键挑战。尽管具有电池型阴极和电容器型阳极的锌离子混合超级电容器（Zn-ion HSCs）已引起广泛关注，但具有高稳定性和良好导电性的阴极材料仍然值得追求。本文，上海理工大学赵斌教授课题组在《Carbon》期刊发表名为“Na+ pre-intercalated Na0.11MnO2 on three-dimensional graphene as cathode for aqueous zinc ion hybrid supercapacitor with high energy density”的论文，研究提出通过简便的电沉积方法在三维石墨烯 (3DG) 上生长了纳+预插层δ-MnO2纳米薄片（Na0.11MnO 2 ) 。
受益于 MnO2在高结晶度石墨烯和Na 上的原位生长+层状δ-MnO2的预插层，Na0.11MnO2/3DG电极在0.2Ag -1的电流密度下显示出1240 F g -1的优异比电容和优异的循环稳定性，在2M ZnSO4 /0.2M MnSO4水性电解质中循环 9000 次后具有 90% 的电容保持率。此外，组装的Na 0.11 MnO 2 /3DG//AC Zn-ion HSCs器件提供了74.3 Wh kg -1的卓越能量密度和9.6 kW kg -1的高功率密度，以及优异的循环寿命和在5000次循环后83%的电容保持率。这项工作为合理设计具有高能量和功率密度的水性储能器件中的层状结构MnO2阴极铺平了道路。
图文导读
方案 1。Na 0.11 MnO2/3DG复合材料的合成过程示意图。
图1。MnO 2 /3DG和Na 0.11 MnO 2 /3DG复合材料的XRD图谱（a）和拉曼光谱（b） 。
图2。(a) MnO 2 /3DG 和 (b) Na 0.11 MnO 2 /3DG的 SEM 图像。Na 0.11 MnO 2 /3DG的(c) TEM图像和(d) HR-TEM图像。(e) Na 0.11 MnO 2 /3DG中C、Mn、O、Na的元素映射。
图3。MnO 2 /3DG 和 Na 0.11 MnO 2 /3DG的电化学性能
图5、锌离子储存机制图示
图6。Na 0.11 MnO 2 /3DG//AC Zn-ion HSCs的电化学性能
小结
Na 0.11 MO 2 /3DG//AC Zn离子HSCs优异的电化学性能归因于以下特性。首先，具有高结晶度的石墨烯和MnO 2的原位生长确保了界面处的紧密接触和电极中的快速电子转移。其次， δ-MnO 2中的Na +预插层不仅在电化学过程中稳定了其层状结构，而且扩大了δ-MnO 2的层间距，从而显著促进了正极中的离子传输。最后，电池型阴极和电容器型阳极的组合使锌离子HSCs同时具有高能量密度和功率密度。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.07.008
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