二氧化锰与二维材料复合应用于超级电容器

王易，霍旺晨，袁小亚，张育新,＊

1重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044

2重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆400074

1 引言

近几十年来，科技现代化、产业自动化程度不断地进步和革新，同时人口不断增长，能源的需求量也越来越大。然而，数十年大量化石能源的消耗给环境带来了严重影响，并且传统的化石能源有不断消耗殆尽的趋势。能源危机将会制约着现代社会的发展，因此开发和利用可再生能源是人类解决能源问题进而可持续发展的重要举措之一，也成为了当前众多科学家研究的重点课题。高效的能量存储与转换技术成为可再生能源和发展中突出的研究方向。超级电容器功率密度高、循环使用寿命长、倍率性能好，与其他存储系统相比，超级电容器可以在几分钟甚至几秒钟内充电，确保快速存储和交换能量，被认为是一种很有发展前景的能量储存装置1-4。按其储能机理，超级电容器一般可分为两种2,5：双电层电容器、赝电容电容器。双电层电容器是利用电极材料和电解质之间形成的界面双电层来储存能量，主要是双电层理论的机理；法拉第赝电容器是在电极表面或体相中，电极活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应来产生电容。

电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一，目前主要分为三大类：碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物。MnO2凭借其低成本(与RuO2相比)、高理论比电容(1370 F·g-1)等优点在过渡金属氧化物中脱颖而出，被广泛用于开发高性能电化学能量存储器件，但与此同时它的导电率低、离子迁移速率低、结构稳定性差5,6，这很大程度上限制了它作为单一电极材料的应用。……