VẬT LIỆU COMPOSITE MnO2/THAN HOẠT TÍNH TỪ XƠ DỪA  CHO ĐIỆN CỰC SIÊU TỤ ĐIỆN

Trần Quốc Hoàn

doi:10.34238/tnu-jst.14745

VẬT LIỆU COMPOSITE MnO2/THAN HOẠT TÍNH TỪ XƠ DỪA CHO ĐIỆN CỰC SIÊU TỤ ĐIỆN

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 05/02/26 Ngày hoàn thiện: 16/04/26 Ngày đăng: 20/04/26

Các tác giả

Trần Quốc Hoàn , Trường Đại học Điện lực

Tóm tắt

Bài báo này trình bày quá trình tổng hợp và đánh giá điện hóa của vật liệu composite MnO₂/than hoạt tính được điều chế từ than hoạt tính có nguồn gốc từ xơ dừa, dùng làm vật liệu điện cực giá rẻ, thân thiện với môi trường cho siêu tụ điện dạng đối xứng. Than hoạt tính đóng vai trò là chất nền dẫn điện cho các hạt nano MnO₂ thu được thông qua phương pháp kết tủa. Phân tích SEM cho thấy sự phân bố tương đối đồng đều của các hạt nano MnO₂ trên khung than hoạt tính xốp, trong khi EDS và XRD xác nhận thành phần nguyên tố và sự hình thành pha α-MnO₂. Điện cực MnO₂/AC có điện dung riêng là 105 F g⁻¹ ở mật độ dòng điện 0,1 A g⁻¹ và giữ lại khoảng 80% điện dung ban đầu sau 115 chu kỳ sạc-xả trong dung dịch điện phân Na₂SO₄1M. Siêu tụ đối xứng có mật độ năng lượng là 9 Wh kg⁻¹ ở cửa sổ điện thế 0,6 V. Điện trở truyền điện tích thấp được thể hiện trong phân tích CV và EIS. Những kết quả này cho thấy, siêu tụ điện dựa trên MnO₂ kết hợp với than hoạt tính có tiềm năng ứng dụng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng.

Từ khóa

Than hoạt tính; Composite; Siêu tụ điện; MnO2 composite; Xơ dừa

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] D. Gielen, F. Boshell, D. Saygin, M. D. Bazilian, N. Wagner, and R. Gorini, “The role of renewable energy in the global energy transformation,” Energy Strategy Reviews, vol. 24, pp. 38-50, 2019.

[2] J. B. Goodenough, “Electrochemical energy storage in a sustainable modern society,” Energy & Environmental Science, vol. 7, no. 1, pp. 14-18, 2014.

[3] W. Guo, C. Yu, S. Li, and J. Qiu, “Toward commercial-level mass-loading electrodes for supercapacitors: opportunities, challenges and perspectives,” Energy & Environmental Science, vol. 14, no. 2, pp. 576-601, 2021.

[4] A. Sumboja, J. Liu, W. G. Zheng, Y. Zong, H. Zhang, and Z. Liu, “Electrochemical energy storage devices for wearable technology: a rationale for materials selection and cell design,” Chemical Society Reviews, vol. 47, no. 15, pp. 5919-5945, 2018.

[5] W. Mrozik, M. A. Rajaeifar, O. Heidrich, and P. Christensen, “Environmental impacts, pollution sources and pathways of spent lithium-ion batteries,” Energy & Environmental Science, vol. 14, no. 12, pp. 6099-6121, 2021.

[6] J. Sun, B. Luo, and H. Li, “A review on the conventional capacitors, supercapacitors, and emerging hybrid ion capacitors: past, present, and future,” Advanced Energy and Sustainability Research, vol. 3, no. 6, 2022, Art. no. 2100191.

[7] L. Phor, A. Kumar, and S. Chahal, “Electrode materials for supercapacitors: a comprehensive review of advancements and performance,” Journal of Energy Storage, vol. 84, 2024, Art. no. 110698.

[8] Y. Wang, J. Guo, T. Wang, J. Shao, D. Wang, and Y. Yang, “Mesoporous transition metal oxides for supercapacitors,” Nanomaterials, vol. 5, no. 4, pp. 1667-1689, 2015.

[9] A. Kumar, H. K. Rathore,D. Sarkar, and A.Shukla, “Nanoarchitectured transition metal oxides and their composites for supercapacitors,” Electrochemical Science Advances, vol.2, no. 6, 2022, Art. no. e2100187.

[10] Z. Su, C. Yang, B. Xie, Z. Lin, Z. Zhang, J. Liu, B. Li, F. Kang, and C. P. Wong,“Scalable fabrication of MnO₂ nanostructure deposited on free-standing Ni nanocone arrays for ultrathin, flexible, high-performance micro-supercapacitor,” Energy & Environmental Science, vol. 7, no.8, pp. 2652-2659, 2014.

[11] D. Majumdar, “Review on current progress of MnO₂-based ternary nanocomposites for supercapacitor applications,” ChemElectroChem, vol. 8, no. 2, pp. 291-336, 2021.

[12] P. Yang, Y. Ding, Z. Lin, Z. Chen, Y. Li, P. Qiang, M. Ebrahimi, W. Mai, C. P. Wong, and Z. L. Wang, “Low-cost high-performance solid-state asymmetric supercapacitors based on MnO₂ nanowires and Fe₂O₃ nanotubes,” Nano Letters, vol. 14, no. 2, pp. 731-736, 2014.

[13] Y.-W. Lee, B.-S. Kim, J. Hong, J. Lee, S. Pak, H.-S. Jang, D. Whang, S. N. Cha, J. I. Sohn, and J. M. Kim, “A pseudo-capacitive chalcogenide-based electrode with dense 1-dimensional nanoarrays for enhanced energy density in asymmetric supercapacitors,” Journal of Materials Chemistry A, vol. 4, no. 26, pp. 10084-10090, 2016.

[14] D. Wu, X. Zhou, L. Yang, and H. Wang, “MnO₂/carbon composites for supercapacitor: synthesis and electrochemical performance,” Frontiers in Materials, vol. 7, 2020, Art. no. 2.

[15] J. Y. Yusuf, H. Soleimani, N. Yahya, Y. K. Sanusi, G. Kozlowski, A. Ochsner, L. L. Adebayo, F. A. Wahaab, S. Sikiru, and B. B. Balogun, “Electromagnetic wave absorption of coconut fiber-derived porous activated carbon,” Journal of the Spanish Ceramic Society and Glass, vol. 61, no. 5, pp. 417-427, 2022,

[16] B. Wu, Y. Li, K. Su, L. Tan, X. Liu, Z. Cui, X. Yang, et al., “Corrigendum to “The enhanced photocatalytic properties of MnO₂/g-C₃N₄ heterostructure for rapid sterilization under visible light,” Journal of Hazardous Materials, vol. 384, 2020, Art. no. 121504.

[17] L. M. Housel, L. Wang, A. Abraham, J. Huang, G. D. Renderos, C. D. Quilty, A. B. Brady, A. C. Marschilok, K. J. Takeuchi, and E. S. Takeuchi, “Investigation of α-MnO₂ tunneled structures as model cation hosts for energy storage,” Accounts of Chemical Research, vol. 51, no. 3, pp. 575-582, 2018.

[18] J.-W.Wang, Y. Chen, and B-Z. Chen, “A synthesis method of MnO₂/activated carbon composite for electrochemical supercapacitors,” Journal of the Electrochemical Society, vol. 162, no. 8, Art. no. A1654, 2015.

[19] J. Zhang, J. Sun, T. A. Shifa, D. Wang, X. Wu, and Y. Cui, “Hierarchical MnO₂/activated carbon cloth electrode prepared by synchronized electrochemical activation and oxidation for flexible asymmetric supercapacitors,” Chemical Engineering Journal, vol. 372, pp. 1047-1055, 2019.

[20] Y. Zhang, Y. Liu, Z. Sun, J. Fu, S. Cheng, P. Cui, J. Zhou, et al., “Versatile electrochemical activation strategy for high-performance supercapacitor in a model of MnO₂,” Journal of Materials Chemistry A, vol. 7, no. 37, pp. 21290-21298, 2019.

[21] S. M. Youssry, M. Abd Elkodous, G. Kawamura, and A. Matsuda, “Carbon dots conjugated nanocomposite for the enhanced electrochemical performance of supercapacitor electrodes,” RSC Advances, vol. 11, no. 63, pp. 39636-39645, 2021.

[22] H. Li, X. Zhang, R. Ding, L. Qi, and H. Wang, “Facile synthesis of mesoporous MnO₂ microspheres for high performance AC//MnO₂ aqueous hybrid supercapacitors,” Electrochimica Acta, vol. 108, pp. 497-505, 2013.

[23] A. J. Paleo, P. Staiti, A. Brigandì, F. N. Ferreira, A. M. Rocha, and F. Lufrano, “Supercapacitors based on AC/MnO₂ deposited onto dip-coated carbon nanofiber cotton fabric electrodes,” Energy Storage Materials, vol. 12, pp. 204-215, 2018.

[24] J. Yan, C. Liu, J. Yang, Z. Wang, W. Yao, L. Huang, J. Cui, J. Liu, X. Hu, and Y. Wu, “A 2.6 V flexible supercapacitor based on Al–MnO₂–Na₂SO₄//AC–KOH with high specific energy,” ACS Energy Letters, vol. 8, no. 4, pp. 2033-2041, 2023.

[25] P. Wang, C. Zhou, S. Wang, H. Kong, Y. Li, S. Li, and S. Sun, “Facile synthesis of MnO₂/three-dimensional graphene composite and its application in supercapacitors,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 28, no. 17, pp. 12514-12522, 2017.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.14745

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ