MWCNT 修饰 MnV2O6纳米棒：开启水系不对称超级电容器高性能新时代

为解决超级电容器能量密度和比电容有待提升的问题，研究人员开展了 MnV2O6纳米棒及 MWCNT/MnV2O6纳米复合材料用于水系不对称超级电容器（ASC）的研究。结果显示其性能优异，该研究为超级电容器发展提供新方向。

　　

在能源领域，随着科技的飞速发展，人们对能源的需求与日俱增。传统能源逐渐枯竭，全球变暖问题日益严峻，可持续能源的开发和高效利用成为了科学界和工业界共同关注的焦点。超级电容器作为一种新型储能设备，凭借其高功率密度、长寿命、高库伦效率以及在较宽温度范围内稳定工作等优势，在能源相关产业和家用电器中崭露头角。然而，其能量密度和比电容的不足，成为了限制超级电容器进一步商业化应用的关键瓶颈 。

为了突破这一困境，研究人员一直在努力探寻新型电极材料和优化策略。在众多的研究方向中，双金属钒氧化物因其独特的结构和性能，吸引了众多研究者的目光。其中，MnV₂O₆化合物以其丰富的价态、较低的分子量、类似 brannerite 的层状结构、较高的理论电容、较窄的带隙以及锰和钒元素的天然丰富性，成为极具潜力的超级电容器电极材料候选者。不过，锰钒氧化物也面临着结构不稳定、扩散动力学慢和本征电导率低等挑战，严重阻碍了其在先进储能设备中的应用。

在此背景下，来自未知研究机构的研究人员 Luxmi Rani 和 Jeong In Han 开展了一项关于 “Designing of MnV₂O₆ nanorods adorned with multi - walled carbon nanotubes for enhanced performance of aqueous asymmetric supercapacitor” 的研究。该研究成果发表在《Applied Surface Science》上，为超级电容器的发展带来了新的希望。

研究人员采用水热法（hydrothermal method）合成了 MnV₂O₆纳米棒，并利用多种技术对其进行了表征。为了进一步提升 MnV₂O₆纳米棒的电化学性能，研究人员将少量的多壁碳纳米管（MWCNTs）与 MnV₂O₆相结合。同时，研究人员还构建了以 MWCNT/MnV₂O₆为正极、活性炭（AC）为负极的水系不对称超级电容器（ASC） ，并对其性能进行了全面评估。

在实验过程中，研究人员运用 X 射线衍射（XRD）技术对 MnV₂O₆的相形成和结构进行了分析。通过这种技术，能够准确观察到材料的晶体结构特征，为后续研究提供了重要的基础数据。

结果与讨论

通过 XRD 分析，研究人员观察到了 MnV₂O₆的特征平面，如 (001)、(20$\bar{1}$) 等，在特定角度（2θ = 14.16、20.02 等）出现，这一结果证实了 MnV₂O₆的单斜晶系结构。这表明研究人员成功合成了目标产物，为后续研究奠定了基础。

在电化学性能测试方面，MnV₂O₆纳米棒在 1 A g^?1的电流密度下展现出 536 F g^?1的电容。而当引入 MWCNTs 形成 MWCNT/MnV₂O₆纳米复合材料后，其电容显著提升至 875 F g^?1。这一结果充分显示了 MWCNTs 对 MnV₂O₆电化学性能的增强作用，MWCNTs 不仅提高了材料的整体电导率，还为离子和电子的迁移建立了高效通道。

研究人员构建的 MWCNT/MnV₂O₆//AC 水系不对称超级电容器表现出色。在 1 A g^?1的电流密度下，该超级电容器实现了 42.04 Wh kg^?1的高能量密度和 775 W kg^?1的功率密度。此外，研究人员还进行了实际应用测试，通过串联两个 MWCNT/MnV₂O₆//AC 装置，成功为四个蓝色 LED、玩具风扇和厨房定时器供电，这一成果充分展示了该超级电容器在实际应用中的可行性。

研究结论与意义

这项研究成功合成了 MnV₂O₆纳米棒和 MWCNT/MnV₂O₆纳米复合材料，并对其作为超级电容器电极材料的潜力进行了深入评估。MnV₂O₆纳米棒和 MWCNT/MnV₂O₆纳米复合材料展现出的优异电容性能，以及 MWCNT/MnV₂O₆//AC 水系不对称超级电容器实现的高能量密度和功率密度，为超级电容器领域的发展提供了新的材料选择和研究思路。该研究成果有望推动超级电容器在更多领域的广泛应用，助力解决能源存储和转换方面的难题，对实现可持续能源发展具有重要意义。