Mechanistic Understanding of the Underlying Energy Storage Mechanism of α‐MnO2‐based Pseudo‐Supercapacitors

超级电容器 材料科学 电容 离子液体 电解质 假电容 储能 化学工程 电化学 纳米技术 电极 有机化学 化学 物理化学 热力学 催化作用 功率(物理) 工程类 冶金 物理
作者
Lei Deng,Zaifa Wang,Hantao Cui,Yunna Guo,Zhangran Ye,Hui Li,Xinyu Zhang,Peng Jia,Qiaobao Zhang,Liqiang Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (46): e2408476-e2408476 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adma.202408476
摘要

Abstract Manganese dioxide (α‐MnO 2 ) has attracted significant research interest in supercapacitors recently. However, the reaction mechanism of α‐MnO 2 in supercapacitors remains unclear. Therefore, a nano‐supercapacitor using Environmental transmission electron microscopy (ETEM) is conducted and investigated the reaction mechanism of α‐MnO 2 based on three ionic liquids (ILs). It found that in the aprotic ionic liquid (AIL) 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIMOTF), α‐MnO 2 nanowires (NWs) undergo an oxidation reaction due to the presence of an active proton at the second position (H2) of the imidazole ring. As a result, α‐MnO 2 NWs undergo a phase transition and transform into Mn 3 O 4 , exhibiting pseudo‐capacitive properties. Furthermore, characterization of the macroscopic α‐MnO 2 electrodes after cycling reveals that after the initial charging cycles, the dominant energy storage mechanism of the supercapacitor transitions from pseudo‐capacitance to a dual‐layer capacitance formed by the combination of Mn 3 O 4 and unreacted α‐MnO 2 . Simultaneously, due to the coexistence of these two energy storage mechanisms, the specific capacitance of the supercapacitor in EMIMOTF electrolyte reaches up to 80 F g −1 , and the cycle number reaches as high as 1000 cycles. The results are expected to provide insights into the selection of electrolytes in supercapacitors and offer a fundamental understanding of the internal reaction mechanisms in capacitors.
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