高电压窗口Na2Mn3O7∥AC非对称超级电容器的开发与利用

作者：刘慧; 黄贤敏; 李紫薇; 范馨予; 高红艳^*

来源：电子元件与材料, 2022, 41(06): 574-581.

DOI：10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1651

• 超级电容器
• 电压窗口
• 能量密度
• Na2Mn3O7

超级电容器比能量密度的提高可以通过提高比电容或电压窗口来实现，然而在高电压窗口下水的分解大大限制了水系超级电容器的储能潜力。以高锰酸钾(KMnO4)为原料，在硝酸钠(NaNO3)熔盐体系中经过高温化学反应制备了片状Na2Mn3O7。用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了样品的物相、形貌和化学状态，结果表明将Na+引入锰氧结构中可使其电压窗口显著变宽。采用循环伏安法(CV)、三电极恒电流充放电和电化学阻抗研究了样品的电化学性能。在三电极体系中得到了0～1.3 V的高电压窗口，当电流密度为1 A·g-1时，比电容可达到137 F·g-1。以Na2Mn3O7作为非对称超级电容器正极、活性炭作为负极、1 mol/L Na2SO4作为电解液构建电压窗口为2.4 V的非对称超级电容器，该电容器在607 W·kg-1时，能量密度为77.2 Wh·kg-1。在电流密度为10 A·g-1循环5000次以后，容量保持率可达75.6%。相较于锰氧化物，Na2Mn3O7有着更高的极化电位，说明Na+离子的嵌入使锰氧结构在相对高电位时更为稳定。

• 单位
  伊犁师范大学