碳纳米管填充BiMnO3电极的微结构调控及其电化学性能增强研究

为应对高效储能需求，研究人员通过水热-溶剂热法构建了CNTs掺杂BiMnO3（BMO）系列电极材料（BMO-I至BMO-III）。该研究证实9%CNTs复合的BMO-Ⅲ在2.5 mV/s扫描速率下比容量达355 C/g，电荷转移电阻低至0.68 Ω，容量保持率78.62%，其优异的离子传导性（0.978×10-3 S/cm）和混合储能机制为超级电容器（SCs）电极设计提供新思路。

　　

随着全球能源危机加剧，传统化石燃料导致的CO₂排放问题日益严峻，开发高效储能系统成为当务之急。超级电容器（SCs）因其高功率密度（PD）和快速充放电特性备受关注，但其能量密度（ED）不足制约发展。钙钛矿材料BiMnO₃（BMO）虽具有可调氧化态和优异离子传导性，但纯相材料导电性较差。为此，研究人员通过微结构工程策略，将碳纳米管（CNTs）与BMO复合，旨在构建兼具高ED和PD的新型电极体系。

研究团队采用水热法合成纯相BMO，再通过溶剂热法制备不同CNTs含量（0-9 wt%）的BMO/CNTs复合材料（BMO-I至BMO-III）。通过XRD、FESEM、EDX等表征手段结合电化学测试（CV、GCD、EIS等），系统评估材料的结构-性能关系。

结构分析
XRD证实所有样品均保持单斜晶系结构（空间群C2/c），CNTs的引入未改变BMO晶体结构。FESEM显示CNTs像"纳米骨架"般被BMO纳米颗粒包裹，形成多孔网络结构，9%CNTs复合的BMO-Ⅲ具有最发达的孔隙系统。

电化学性能
CV曲线在5-100 mV/s扫描速率下均呈现氧化还原峰，表明混合储能机制（EDLC+赝电容）。BMO-Ⅲ在2.5 mV/s时比容量高达355 C/g，远超纯BMO（142 C/g）。GCD测试显示BMO-Ⅲ在1 A/g电流密度下比容量达117 C/g，能量密度8.17 Wh/kg，功率密度5000 W/kg。

离子传输特性
EIS分析表明BMO-Ⅲ电荷转移电阻（R_ct）最低（0.68 Ω），离子电导率（0.978×10^-3 S/cm）和扩散系数（3.45×10^-18 m²/s）最优。GITT测试证实CNTs网络显著提升离子迁移率，转移数（t₊）达0.31。

结论与意义
该研究通过CNTs的"桥梁效应"构建三维导电网络，使BMO-Ⅲ电极表面电容贡献率提升至78.6%。这种结构设计既保留BMO的赝电容特性，又通过CNTs增强电子传导和离子扩散，为解决SCs中ED与PD的"跷跷板效应"提供新方案。论文发表于《Materials Chemistry and Physics》，为钙钛矿/碳材料复合电极的工业化应用奠定理论基础。