Везде

ОХНМФизика и химия стекла Glass Physics and Chemistry

  • ISSN (Print) 0132-6651
  • ISSN (Online) 3034-6134

ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ ДИОКСИДА МАРГАНЦА И ПСЕВДОЕМКОСТНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОДОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

Вы можете
Код статьи
S3034613425030047-1
DOI
10.7868/S3034613425030047
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Хамова Т. В.
  • Аффилиация: Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ–ИХС
Иванова А. Г.
  • Аффилиация: Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ–ИХС
Копица Г. П.
  • Аффилиация:
    Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ–ИХС
    НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ
Загребельный О. А.
  • Аффилиация: Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ–ИХС
Волков В. В.
  • Аффилиация: Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”
Соколов А. Е.
  • Аффилиация: Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ–ИХС
Котцов С. Ю.
  • Аффилиация: Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Шилова О. А.
  • Аффилиация: Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ–ИХС
Том/ Выпуск
Том 51 / Номер выпуска 3
Страницы
336-352
Аннотация
Методом химического осаждения из водных растворов KMnO в присутствии бутанола–1, проводимого в условиях механической (перемешивание на магнитной мешалке) и ультразвуковой обработки синтезированы пористые порошки диоксида марганца, соответствующие по фазовому составу δ-MnO и обладающие иерархической организацией надатомной структуры. Комплексный анализ экспериментальных данных с привлечением методов растровой электронной микроскопии, низкотемпературной адсорбции азота, малоуглового рассеяния рентгеновских лучей, циклической вольтамперометрии и гальваностатического заряда–разряда показал, что способ обработки реакционной смеси оказывает влияние на морфологию и мезоструктуру получаемого порошка δ-MnO и существенно не сказывается на значениях удельной емкости и удельного сопротивления электродов, формируемых на его основе. В тоже время можно отметить, что по данным моделирования или данным, полученным методом гальваностатического заряда–разряда, δ-MnO, синтезированный в условиях ультразвуковой обработки, позволяет получать электроды со значениями удельной емкости на 5% (моделирование) или 9% (гальваностатический метод) большими и со значениями удельного сопротивления на 11% (моделирование) или 58% (гальваностатический метод) меньшими по сравнению с таковыми для электродов на основе δ-MnO, синтезированного в условиях механической обработки.
Ключевые слова
диоксид марганца химическое осаждение мезоструктура электроды псевдоемкостные свойства
Дата публикации
01.03.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
38

Библиография

  1. 1. Dissanayake K., Kularatna-Abeywardana D. A review of supercapacitors: Materials, technology, challenges, and renewable energy applications // J. of Energy Storage. 2024. V. 96. Р. 112563.
  2. 2. GaikwaD P., Tiwari N., Kamat R., Mane S., Kulkarni Sh. A comprehensive review on the prog- ress of transition metal oxides materials as a supercapacitor electrode // Mater. Sci. and Eng.: B. 2024. V. 307. P. 117544.
  3. 3. Yi C., Zou J., Yang H., Leng X. Recent advances in pseudocapacitor electrode materials: Transi- tion metal oxides and nitrides // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2018. V. 28. Р. 1980–2001.
  4. 4. Liu T., Finn L., Yu M., Wang H., Zhai T., Lu X., Tong Y., Li Y. Polyaniline and polypyrrole pseudocapacitor electrodes with excellent cycling stability // J. Nano Letters. 2014. V. 14. No 5. Р. 2522–2527.
  5. 5. Wang Z., Zhu M., Pei Z., Xue Q., Li H., Huang Y., Zhi C. Polymers for supercapacitors: Boosting the development of the flexible and wearable energy storage // Mater. Sci. and Eng.: R: Reports. 2020. V. 139. Art. 100520.
  6. 6. Masalovich M.S., Ivanova A.G., Zagrebelnyy O.A., Kopitsa G.P., Shilova O.A., Baranchikov A.E., Saprykina N.N. Investigating the relationship between the conditions of polythiophene elec- trosynthesis and the pseudocapacitive properties of polythiophene-based electrodes // Glass Phys. and Chem. 2019. V. 45. N. 4. Р. 281–290.
  7. 7. Tang X., Zhu S., Ning J., Yang X., Hu M., Shao J. Charge storage mechanisms of manganese dioxide-based supercapacitors: A review // New Carbon Mater. 2021. V. 36. N. 4. P. 702–710.
  8. 8. Bhat T.S., Jadhav S.A., Beknalkar S.A., Patil S.S., Patil P.S. MnO core-shell type materials for high-performance supercapacitors: A short review // Inor. Chem. Com. 2022. V. 141. P. 109493.
  9. 9. Sivakumar S., Nelson L. Synthesis and Characterization of α-MnO nanoparticles for Superca- pacitor application // Mater. Today: Proc. 2021. V. 47. Part 1. P. 52–55.
  10. 10. Liu. J., Bao J., Zhang X., Gao Y., Zhang Y., Liu L., Cao Z. MnO-based materials for supercapacitor electrodes: challenges, strategies and prospects // RSC Adv. 2022. V. 12. N. 55. P. 35556–35578.
  11. 11. Li S., Liu Q., Qi L. Lu L., Wang H. Progress in Research on Manganese Dioxide Electrode Materials for Electrochemical Capacitors // Chin. J. of Anal. Chem. 2012. V. 40. No 3. P. 339–346.
  12. 12. Sharipov K.B., Boytsova O.V., Kurzeev S.A., Yapryntsev A.D., Baranchikov A.E., Ivanova O.S., Ivanov V.K., Borilo L.P., Kozik V.V., Gil’mutdinov F.Z. Synthesis of manganese dioxide by homogeneous hydrolysis in the presence of melamine // Russ. J. of Inorg. Chem. 2017. V. 62. N. 2. P. 139–149.
  13. 13. Kumar Y., Chopra S., Gupta A., Kumar Y., Uke S.J., Mardikar S.P. Low temperature synthesis of MnO nanostructures for supercapacitor application // Mater. Sci. for Energy Techn. 2020. V. 3. P. 566–574.
  14. 14. Mothkuri S., Chakrabarti S., Gupta H., Padya B., Rao T.N., Jain P.K. Synthesis of MnO nano-flakes for high performance supercapacitor application // Mater. Today: Proc. 2020. V. 26. Part 1. P. 142–147.
  15. 15. Bai H., Liang S., Wei T., Zhou Q., Shi M., Jiang Z., Feng J., Zhang M., Fan Z. Enhanced pseudocapacitance and rate performance of amorphous MnO for supercapacitor by high Na doping and structural water content // J. of Power Sources. 2022. V. 523. P. 231032.
  16. 16. Gu J., Fan X., Liu X., Li S., Wang Z., Tang S., Yuan D. Mesoporous Manganese Oxide with Large Specific Surface Area for High-performance Asymmetric Supercapacitor with Enhanced Cycling Stability // Chem. Eng. J. 2017. V. 324. P. 35–43.
  17. 17. Egorova A.A., Bushkova T.M., Yapryntsev A.D., Kottsov S.Y., Baranchikov A.E., Kolesnik I.V. Selective synthesis of manganese dioxide polymorphs by the hydrothermal treatment of aqueous KMnO solutions // Rus. J. of Inorg. Chem. 2021. V. 66. N. 2. P. 146–152.
  18. 18. Phakkhawan A., Klangtakai P., Chompoosor A., Pimanpang S., Amornkitbamrung V. A com- parative study of MnO and composite MnO–Ag nanostructures prepared by a hydrother- mal technique on supercapacitor applications // J. Mater. Sci: Mater Electron. 2018. V. 29. P. 9406–9417.
  19. 19. Tang W., Shan X., Li S., Liu H., Wu X., Chen Y. Sol–gel process for the synthesis of ultrafine MnO nanowires and nanorods // Mater. Lett. 2014. V. 132. P. 317–321.
  20. 20. Sankar S., Inamdar A.I., Lee S., Kim D. Template-free rapid sonochemical synthesis of spherical α-MnO nanoparticles for high-energy supercapacitor electrode // Ceram. Inter. 2018. V. 44. No 14. P. 17514–17521.
  21. 21. Boytsova O.V., Shekunova T.O., Baranchikov A.E. Nanocrystalline manganese dioxide synthesis by microwave-hydrothermal treatment // Rus. J. of Inorg. Chem. 2015. V. 60. N. 5. P. 546–551.
  22. 22. Rodriguez-Carvajal J. Recent advances in magnetic structure determination by neutron powder diffraction + FullProf // Physica B. 1993. V. 192. N. 1–2. P. 55–69.
  23. 23. Altomare A., Corriero N., Cuocci C., Falcicchio A., Moliterni A., Rizzi R. QUALX2.0: a qualitative phase analysis software using the freely available database POW_COD // J. Appl. Cryst. 2015. V. 48. N. 2. P. 598–603.
  24. 24. Могилевский Л.Ю., Дембо А.Т., Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Дифрактометр малоуглового рассеяния с координатным детектором // Кристаллография. 1984. Т. 29. No 3. C. 587.
  25. 25. Feigin L.A., Svergun D.I. Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering / Ed. by Taylor G.W. // New York; London: Plenum press, Cop. 1987. 335 p.
  26. 26. Patterson A. The Scherrer Formula for I-Ray Particle Size Determination // Phys. Rev. 1939. V. 56. No 10. P. 978–982.
  27. 27. Anovitz L.M., Cole D.R. Characterization and Analysis of Porosity and Pore Structures // Rev. Miner. Geochem. 2015. V. 80. P. 61–164.
  28. 28. Smyslov R. Yu, Ezdakova K.V., Kopitsa G.P., Khripunov A.K., Bugrov A.N., Tkachenko A.A., Angelov B., Pipich V., Szekely N.K., Baranchikov A.E., Chetverikov Y.O., Haramus V., Latysheva E. Morphological structure of Gluconacetobacter xylinus cellulose and cellulose-based organic-in-organic composite materials // J. Phys. Conf. Ser. 2017. V. 848. P. 012017.
  29. 29. Yorov K.E., Kottsov S.Y., Baranchikov А.Е., Boytsova O.V., Kiskin M.A., Varaksina E.A., Kopitsa G.P., Lermontov S.А., Sidorov A.A., Pipich V., Len A., Agafonov A.V., Ivanov V.K. Photoluminescent porous aerogel monoliths containing ZnEu-complex: the first example of aerogel modified with a heteronuclear metal complex // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2019. V. 92. P. 304–318.
  30. 30. Полевой Л.А., Колесник И.В., Копица Г.П., Голикова М.В., Цвигун Н.В., Хамова Т.В., Сергеева А.В., Горшкова Ю.Е., Санджиева Д.А., Убушаева Б.В., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Эпоксидный метод синтеза двухкомпонентных аэрогелей Al2O3–TiO2 и их УФ-защитные характеристики // Журн. неорг. хим. 2023. Т. 68. № 12. С. 1848–1864.
  31. 31. Schmidt P.W. Modern Aspects of Small-Angle Scattering / Ed. by Brumberger H. // Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. 1995. 463 p.
  32. 32. Hammouda B. A new Guinier–Porod model // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43. N. 4. P. 716–719.
  33. 33. Bale H.D., Schmidt P.W. Small-Angle X-Ray-Scattering Investigation of Submicroscopic Porosity with Fractal Properties // Phys. Rev. Lett. 1984. V. 53. P. 596.
  34. 34. Yorov K.E., Shekunova T.O., Baranchikov A.E., Kopitsa G.P., Almásy L., Skogareva L.S., Kozik V.V., Malkova A.N., Lermontov S.A., Ivanov V.K. First rare-earth phosphate aerogel: solgel synthesis of monolithic ceric hydrogen phosphate aerogel // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2018. V. 85. P. 574–584.
  35. 35. Лермонтов С.А., Баранчиков А.Е., Сипягина Н.А., Малкова А.Н., Копица Г.П., Ёров Х.Э., Иванова О.С., Len A., Иванов В.К. Критична ли сверхкритическая? О выборе температуры сушки для синтеза аэрогелей SiO2 // Журн. неорг. хим. 2020. T. 65. No 2. С. 252–260.
  36. 36. Lermontov S.A., Malkova A.N., Kolmakova A.А., Sipyagina N.A., Baranchikov A.E., Kaplan M.A., Baikin A.S., Kolmakov A.G., Kopitsa G.P., Ivanova O.S., Gorshkova Yu.E., Ivanov V.K. Dramatic influence of gelation solvent choice on the structure and mechanical properties of resorcinol-formaldehyde aerogels // J. of Porous Mater. 2023. V. 30. N. 2. P. 589–598.
  37. 37. Oh C., Sorensen C.M. The effect of overlap between monomers on the determination of fractal cluster morphology // J. Colloid Interface Sci. 1997. V. 193. N. 1. P. 17–25.
  38. 38. Beaucage G. Approximations leading to a unified exponential/power-law approach to small-angle scattering // J. Appl. Cryst. 1995. V. 28. N. 6. P. 717–728.
  39. 39. Баранчиков А.Е., Копица Г.П., Иванов В.К. Ультразвуковая обработка как способ изменения структуры аморфных материалов, получаемых золь-гель методом // Химическая технология 2018. Т. 19. № 13. С. 608–614.
  40. 40. Lin L., Zhu H., Qiannan L., Jie-Zhao W. , Zaiping G., Hua Kun L. Cathode materials for high-performance potassium-ion batteries Author links open overlay panel // J. Cell Reports Physical Science. 2019. V. 2. N. 12. P. 100657.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека