Electrochemical capacitors with KCl electrolyte

Potassium manganese dioxide KxMnO2 + δ·nH2O and amorphous MnO2 in a mild 2 M KCl aqueous electrolyte prove to be excellent electrodes for faradaic electrochemical capacitors. The KxMnO2 + δ·nH2O materials were prepared by direct thermal decomposition of KMnO4 and contained a large amorphous/crystalline ratio. A sample decomposed at 550 °C gave a specific cyclic capacitance between −0.2 and +1.0 V/SCE of 240 F·g−1, which corresponds to nearly one-third of the Mn(IV) ions participating in the faradaic reaction. Excellent cyclability at 12 mA·cm−2 was found for 100 cycles. On short-circuit, K0,31MnO2,12·0,63 H2O in 2 M KCl and pH 10.6 aqueous solution gave an initial current density of 0.58 A·cm−2 and a total released charge of 4.6 C·cm−2 compared with 0.32 A·cm−2 and 11.1 C·cm−2 for RuOOH·nH2O in 5.3 M H2SO4. Similar results obtained with amorphous MnO2 demonstrate that alkali ions can be used as the working ion in a faradaic supercapacitor, which frees the search for new materials from the constraint of working in a strong-acid aqueous medium. L'oxyde double de manganèse et de potassium KxMnO2 + δ·nH2O et une forme amorphe de MnO2, en présence d'un electrolyte aqueux KCl 2 M, dont l'utilisation constitue des conditions relativement douces, font la démonstration de leur excellent comportement en tant qu'électrodes de supercapacités. Le matériau KxMnO2 + δ· nH2O a été préparé par décomposition thermique directe de KMnO4; il contient une large proportion de phase amorphe. Un échantillon décomposé à 550 °C a montré une capacité spécifique au cyclage, entre −0,2 et +1,0 V/ECS, de 240 F·g−1, ce qui correspond approximativement au tiers des ions Mn(IV) participant à la réaction électrochimique. On a mis en évidence une excellente cyclabilité sur 100 cycles à 12 mA·cm−2. La densité de courant de court-circuit initial de K0,31MnO2,120,63 H2O dans KCl 2 M (pH = 10,6) a été trouvée égale à 0,58 A·cm−2, avec une capacité totale de décharge de 4,6 C·cm−2, valeurs à comparer avec celles de RuOOH, nH2O dans H2SO4 5,3 M, 0,32 A·cm−2 et 11,1 C.cm−2. Des résultats similaires obtenus avec MnO2 amorphe montrent que des ions alcalins peuvent être utilisés comme ions de transfert pour des systèmes de type supercapacité, ce qui libère la recherche de nouveaux matériaux de la contrainte de travailler dans un milieu fortement acide.