Вновь об оксиде марганца и ионисторе

Ключевые слова:  ионистор, оксид марганца

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

Нанометр уже писал об использовании оксида марганца (IV) в качестве перспективного электродного материала ионистора. Однако не взирая на высокую теоретическую емкость этого материала (1370 Ф/г), его низкая проводимость (10^-5-10^-6 См/см) не позволяет использовать его в виде объемного образца. Выходом из сложившейся ситуации может быть создание композитов, состоящих из MnO₂ и проводящих материалов. Однако создание таких материалов - это всегда компромисс между сохранением развитой поверхности и повышением проводимости. В частности, сообщалось о получении композитных нанонитей со структурой MnO₂ / SnO₂ / сталь, однако использование стали значительно сужает область применения таких нанонитей. Чтобы преодолеть это препятствие, коллектив исследователей из университета Южной Каролины предложил использовать в качестве "сердечника" гибкое улеродное микроволокно (CMF), диаметром несколько микрометров, на котором выращена нанонить ZnO*SnO₂ (ZTO). В свою очередь, на поверхность ZTO был нанесен слой MnO₂ толщиной несколько нанометров.

Электрод, состоящий из этих композитных нанонитей, по мнению авторов, продемонстрировал прекрасную кинетику процесса зарядки / разрядки, о чем свидетельствуют формы кривых циклических вольтамперограмм. Также об этом свидетельствует симметричная форма кривых зарядки / разрядки при небольшой плотности тока. Удельная емкость нанонитей MnO₂ / ZTO / CMF в пересчете на массу оксида марганца, полученная при скорости съемки 2мВ/с, составила 621.6 Ф/г (против 46.6 Ф/г для MnO₂ / CMF и 5.6 Ф/г для ZTO / CMF).

Однако ключевыми параметрами, определяющими перспективы коммерческого использования, являются удельные энергия и мощность, а также стабильность материала в процессе многочисленных циклов зарядки / разрядки. Было установлено, что удельная энергия уменьшается с 57.1 до 36.8 Вт ч/г, в то время как удельная мощность растет с 0.8 до 32 кВт / г при увеличении силы тока от 1 до 40 А/г. Что касается жизненного цикла такого электрода, то спустя 1000 циклов зарядки / разрядки потеря емкости сосатвила всего 1.2%, а форма последних 10 кривых ничем по форме не отличается от таковых для первых 10.

Таким образом, предложенный авторами статьи материал для электродов ионистора, во-первых, отличается относительной простотой получения, а, во-вторых, обладает прекрасными показателями удельной энергии и мощности. Все это позволяет надеяться на промышленное применение этого композитного материала в недалеком будущем.

Источник: Nano Letters

a)-d) СЭМ-микрофотографии композитных нанонитей MnO₂/ZTO/CMF. Масштаб 1мм, 50 мкм, 100 мкм и 20 мкм, соответственно. ПЭМ-микрофотография нанонити (e) и микродифракция (f). Масштаб 200 нм. g)ПЭМ-микрофотография высокого разрешения. Масштаб 10 нм. h) ПЭМ-микрофтография высокого разрешения, на которой отчетливо видна граница между кристаллическим ZTO и аморфным слоем MnO₂. Масштаб 5 нм. ПЭМ-микрофотография (i) и элементный профиль (j), вдоль линии, изображенной на микрофотографии i. Масштаб 200 нм. f) Данные локального химического анализа нанонити.

а)-с) Циклические вольтамперограммы композитов состава MnO2/ZTO/CMF, MnO2/CMF и ZTO/CMF, соответственно, снятые при различных скоростях в водном 1М растворе сульфата натрия. d) Удельные емкости, измеренные при различных скоростях съемки, для трех вышеупомянутых композитных нанонитей.

а) Кривые зарядки/разрядки, полученные при различных плотностях тока. b) Зависимость удельной емкости от плотности тока. c) Зависимость удельной энергии от удельной мощности. d) Зависимость емкости электрода от количества циклов зарядки/разрядки.


http://www.nanometer.ru/2011/02/19/12981126211446_255624.html