Synthesis and Electrochemical Properties of Mesoporous α-MnO2 for Supercapacitor Applications

Abstract

В роботі досліджено електрохімічні властивості монофазного α-MnO2, отриманого гідротермальним методом. Встановлено, що отриманий матеріал володіє тунельною структурою із середнім розміром частинок 12-15 нм. Методами циклічної вольтамперометрії та гальваностатичного циклювання визначено питомі ємнісні характеристики синтезованого α-MnO2 у 30 % водному розчині KOH. Встановлено, що зі зростанням швидкості сканування з 2 до 10 мВ/с значення питомої ємності системи αMnO2/електроліт зменшується з 90 Ф/г до 55 Ф/г. Максимальне значення питомої ємності 104 Ф/г отримано при швидкості зміни потенціалу 0,5 мВ/с. Кулонівська ефективність електрохімічної системи є сталою і не залежить від кількості заряд/розрядних циклів. Загальну ємність електрохімічної системи розділено на ємність подвійного електричного шару і дифузійно-контрольовану окислювальновідновлювальну ємність за рахунок фарадеївських оборотних редокс реакцій, яка становить 90 % від загальної ємності. Крім того, встановлено, що електрохімічні параметри системи α-MnO2/KOH є стабільними впродовж тривалого циклювання.

Manganese oxide

In this work, the crystal structure of alpha-MnO2 has been obtained by the hydrothermal method. It was determined that the obtained material has a tunnel structure with average particle sizes of 12-15 nm. The electrochemical performances of α-MnO2 in an aqueous solution of 30 % KOH based electrolyte have been investigated by cyclic voltammetry and galvanostatic cycling methods. At the same time, it was determined that the specific capacity of the α-MnO2/electrolyte system decreased from 90 F/g to 55 F/g with an increase of the scan rate from 2 to 10 mV/s. Thus, the maximum values of specific capacitance about 104 F/g were obtained at 0.5 mV/s. The Coulomb efficiency of the electrochemical system is constant and independent of the cycle number under the charge/discharge process. Therefore, the total capacity of the material under investigation can be divided into the capacity of the double electric layer and the diffusioncontrolled redox capacity due to the Faraday reverse redox reactions. It was determined that the contribution of pseudocapacity is 90 % of the total specific capacity. In addition, it has been determined that the α-MnO2/KOH electrochemical system is stable under long-term cycling process.