碳基材料(如碳纳米管、石墨烯和介孔炭)是典型的电化学双电层超级电容器电极材料。虽然碳基材料表现出优异的电化学稳定性，但其比电容较低。因此，常将赝电容电极材料与其复合。赝电容材料中，二氧化锰(MnO₂)因理论比电容高、价格低、储量丰富和环境友好等特点，被广泛应用于超级电容器中。然而，在循环充放电过程中由于MnO₂导电性能差、相变严重和体积变化大等问题，导致其在实际应用中常表现出较低的比电容。为了研发高性能的MnO₂/碳基超级电容器，必须深入研究MnO₂基电极材料的储能机理。

近日，贵州大学邵姣婧教授课题组总结了二氧化锰基超级电容器电荷储能机理的研究进展，在《新型炭材料》(New Carbon Materials)上发表最新综述“Charge storage mechanisms of manganese dioxide-based supercapacitors”。该综述总结了4种MnO₂材料的电荷储能机理：电解液阳离子的表面吸附机理、电解液阳离子的嵌入-脱出机理、隧道储能机理和电荷补偿机理。在这4种MnO₂材料的电荷储能机理中仅有电荷补偿机理涉及阳离子预先插入的MnO₂ (A_xMnO₂)，但4种机理的本质都是Mn³⁺和Mn⁴⁺之间的相互转化，且由于储能过程复杂，MnO₂基超级电容器储能过程常是几种机理共同作用的结果。最后，对高性能MnO₂/碳基超级电容器的前景进行了展望，对其面临的主要挑战和发展策略进行了总结。

图1 MnO₂基电极材料的电荷储能机理

贵州大学材料与冶金学院唐晓宁老师为该文章的第一作者，邵姣婧教授为通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金面上基金、地区基金项目，贵州省自然科学基金重点项目，贵州大学培养基金项目和贵州大学引进人才科研项目的支持。

New Carbon Materials文章信息

TANG Xiao-ning, ZHU Shao-kuan, NING Jian, YANG Xing-fu, HU Min-yi, SHAO Jiao-jing. Charge storage mechanisms of manganese dioxide-based supercapacitors: A review[J]. NEW CARBON  MATERIALS, 2021, 36(4): 702-710.

唐晓宁, 朱绍宽, 宁坚, 杨兴富, 胡敏艺, 邵姣婧. 二氧化锰基超级电容器的电荷储能机理研究进展[J]. 新型炭材料, 2021, 36(4): 702-710.

期刊主页：http://xxtcl.sxicc.ac.cn

ScienceDirect主页：https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials/

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