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1 成果简介
锰氧化物已成为超级电容器的理想电极材料。尽管人们通过各种锰氧化物/导体纳米复合材料努力提高其导电性和结构稳定性，但实现高效可靠的储能电极材料仍具有挑战性。本文，武汉工程大学 黄华波 副教授、季家友 教授等在《POLYMER COMPOSITES》期刊发表名为“Graphene wrapped porous polyaniline/manganese oxide nanocomposites with enhanced structural stability and conductivity for high-performance symmetric supercapacitor”的论文，研究提出了一种细致的 “双重增强 ”策略，即通过原位法合成三维（3D）纳米结构的聚苯胺/氧化锰复合材料（PM），并进一步与石墨烯包覆层整合形成聚苯胺/氧化锰/石墨烯纳米复合材料（PMG）。
电化学特性分析表明，PMG 的比电容高达 403 F g-1（1 A g-1），5000 次循环后的电容保持率为 80.2%，并具有较宽的电位窗口。这种增强归功于聚苯胺和石墨烯的协同效应，聚苯胺提供了支撑框架和电子传输途径，而石墨烯提供了外部保护并增强了导电途径。组装好的对称超级电容器在 1.8 V 的高工作电压下表现出卓越的能量密度（32.7-23.3 Wh kg-1）和功率密度（720-4500 W kg-1），超越了许多已报道的高性能超级电容器的性能。这项研究为推动氧化锰电极材料的发展提供了宝贵的见解，有望促进其在储能应用中的广泛应用。
2 图文导读
图1、PMG 合成程序示意图。
图2、PMG-1：2、PMG-1：3、PMG-1：4 和 PM 的 XRD 图谱和 FTIR 光谱。
图3、3D-PANI （A）、PM （B）、PMG-1：2 （C、D） 的 SEM 图像。PMG 的 TEM 图像 （E） 和 PMG-1：2 的氧化锰区域的 HR-TEM 图像 （F）。PMG-1：2 （G） 的 SEM 图像及其 C （H）、Mn （I） 和 O （J） 的元素分布映射图像。
图4、PMG-1：2 的 XPS 测量光谱 （A），以及带有 C1s （B）、N1s （C） 和 Mn2p （D） 去卷积峰的高分辨率 XPS 光谱。
图5、三电极系统中各种电极材料的电化学性能。
图6、动力学分析。
图6、由两个相同的 PMG-1：2 组装而成的对称超级电容器的电化学性能
3 小结
本研究采用 “双重增强 ”策略成功制备了三维纳米结构聚苯胺/氧化锰/石墨烯（PMG）复合材料，并将其成功应用于高性能对称超级电容器。通过原位形成和rGO封装，PMG 复合材料表现出优异的导电性和结构稳定性。通过傅立叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、XPS、扫描电镜（SEM）、电子显微镜（TEM）等对复合材料的化学组成、结构和微观结构进行了全面表征和证明。使用三电极系统研究了 PMG 的电化学特性。实验结果表明，永磁发电机的比电容在 1Ag-1 条件下最大可达403Fg-1，在5Ag-1 条件下循环 5000次后电容保持率为80.2%。
此外，永磁发电机具有宽电压窗口（-1至1V），因此适合组装对称超级电容器。不同扫描速率下的 EIS 和 CV 曲线研究表明，在 PMG 中封装 rGO 可有效优化电极材料的电子/离子传导行为和快速电化学动力学。组装后的对称超级电容器在宽工作电压（1.8V）下表现出优异的能量密度和功率密度，在720W kg-1的条件下，最大能量密度和功率密度分别达到32.7Wh kg-1，超过了相关对称和非对称超级电容器的性能。这项研究成功地提出了一种全面的材料设计策略，为提高超级电容器的性能和扩大其应用领域提供了新的可能性，并有望在其他类型的电化学储能材料和器件中找到进一步的应用。
