单金属氧化物电极研究现状

董国涛，王 静，葛 烨，胡天豪

(安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

科技的突飞猛进导致能源大量的消耗，不可再生资源的大量使用使人类面临着能源短缺的巨大危机，开发并有效利用可再生资源和绿色能源成为科学家解决能源问题的当务之急[1-2]。能源的高效存储和转换在解决能源问题上起着至关重要的作用，因此对能量存储设备提出了越来越苛刻的要求，传统的能量储存设备日益满足不了当前的技术需要[3-5]。

超级电容器的发现和发展为能量储存提供了一种新的思路，其具有比电容量高、工作温限宽、绿色环保、使用寿命长和稳定性好等优点，对比其他能量存储设备，超级电容器的充放电可以在瞬间完成，几秒钟或者几分钟即可完成一个循环充放电，且多次循环充放电之后还保持较好的容量[6-8]。

超级电容器按储能机理，一般被分为两种即双电层电容器(EDLCs)和赝电容电容器(PCs)[9]。EDLCs的原理是使用离子吸附来存储能量，其快速吸附/解吸过程如图1a所示，其中电能储存是在电极和电解质的界面处；电子在电极上的积累是非法拉第过程，没有氧化还原反应，所以比能较低。PCs的能量存储机制通过氧化还原反应直接转移电子，有法拉第过程，电荷储存(电容)是由电解质和电极之间的电荷转移产生的，类似于电池，其原理如图1b，因此具有比EDLCs更高的能量密度[10-12]。

图1 (a)电化学双层电容器(EDLC)和(b)赝电容器(PC)的 基本原理图[11]Fig.1 (a) Basic schematics for electrochemical double-layer capacitor (EDLC) and (b)pseudocapacitor(PC)[11]

1 单金属氧化物电极材料工作原理

MnO2作为一种典型的超级电容器电极材料，因其拥有良好的理论比电容1370 F·g-1，以及良好的环境友好性和廉价易得而被广泛的使用[13]。……