Engineering Oxygen Vacancies on Mixed-Valent Mesoporous α-MnO2 for High-Performance Asymmetric Supercapacitors

超级电容器 介孔材料 材料科学 电化学 法拉第效率 空位缺陷 电容 化学工程 电极 纳米技术 化学 催化作用 物理化学 冶金 结晶学 工程类 生物化学
作者
Tongtong Xu,Ke Yin,Jianmin Gu,Qing Li,Zixun Fang,Zijia Chen,Yinglu Wang,Nianrui Qu,Siheng Li,Zhourong Xiao,Desong Wang
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:38 (41): 12530-12538 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.2c01977
摘要

Intrinsically poor conductivity and sluggish ion-transfer kinetics limit the further development of electrochemical storage of mesoporous manganese dioxide. In order to overcome the challenge, defect engineering is an effective way to improve electrochemical capability by regulating electronic configuration at the atomic level of manganese dioxide. Herein, we demonstrate effective construction of defects on mesoporous α-MnO2 through simply controlling the degree of redox reaction process, which could obtain a balance between Mn3+/Mn4+ ratio and oxygen vacancy concentration for efficient supercapacitors. The different structures of α-MnO2 including the morphology, specific surface area, and composition are successfully constructed by tuning the mole ratio of KMnO4 to Na2SO3. The electrode materials of α-MnO2-0.25 with an appropriate Mn3+/Mn4+ ratio and abundant oxygen vacancy showed an outstanding specific capacitance of 324 F g-1 at 0.5 A g-1, beyond most reported MnO2-based materials. The asymmetric supercapacitors formed from α-MnO2-0.25 and activated carbon can present an energy density as high as of 36.33 W h kg-1 at 200 W kg-1 and also exhibited good cycle stability over a wide voltage range from 0 to 2.0 voltage (kept at approximately 98% after 10 000 cycles in galvanostatic cycling tests) and nearly 100% Coulombic efficiency. Our strategy lays a foundation for fine regulation of defects to improve charge-transfer kinetics.
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