Manganese dioxide (MnO2) is conside

Manganese dioxide (MnO2) is considered to be one of the most promising
materials for energy storage systems including batteries and supercapacitors.32,
58-61 Compared to batteries, supercapacitors have much higher power density
(10-100 times higher than batteries), fast charge rate (charge a supercapacitor
takes only a few seconds to minutes) and excellent cycling stability (cycle
number of more than 1 million cycles). This makes supercapacitors ideal devices
for many critical applications such as consumer electronics, hybrid electric
vehicles, and smart grid storage. 2, 62 However, their relatively lower energy
density (~10 times lower than that of batteries) has thus far limited their widespread application as energy storage devices. 5 Carbon based supercapacitors
show low charge storage capacity due to the limited electrolyte ion adsorption
and desorption on the surface of the carbon. Therefore, replacing carbon
materials in commercial supercapacitors by high capacity materials like MnO2
can be an effective strategy to increase the energy density of supercapacitors,
thus paving the way for their adoption in a variety of applications. However, oxide
50
electrodes have the fatal disadvantage of poor cycling performance, an issue that
so far has not been sufficiently investigated.
Various synthesis methods and a large variety of MnO2 with different
morphologies and crystalline phases have been reported to prepare MnO2
nanostructures.63-71 However, a systematic study focused on studying the effect
of MnO2 nanoscale morphology and crystal phase and its cycling performance on
supercapacitor capacity has not been performed. One of the very first studies
conducted by Belanger et al. revealed the energy storage mechanism of MnO2
electrode in aqueous electrolyte by cyclic voltammetry and X-ray photoelectron
spectroscopy techniques. 72 They found that the MnO2 electrode with thick layer
underwent no change of the Mn oxidation state because only a very thin layer of
the material contributed to the energy storage process. 72 Afterwards, Wei et al.
carried out a study of the influence of MnO2 morphology on the electrochemical
properties by controlling the material synthesis conditions. 36 The electrochemical
tests demonstrated that the storage capacity of MnO2 electrodes is highly related
to its morphology, nanostructure, and surface area, but the study did not provide
very detailed material analysis to elucidate the factors that control
electrochemical performance of the devices. 36 In order to achieve the best
energy storage performance of MnO2 and better understand the energy storage
mechanism, it is very important to study not only the general shape or
nanostructure of MnO2 but also the evolution of the nanostructures with
electrochemical cycling to the supercapacitor performance.
51
We report a comprehensive study on investigating the energy storage
mechanism of nanostructured MnO2 by a systematic route using multiple
techniques that have not been utilized to study MnO2 based supercapacitors
previously. Firstly, we prepared different MnO2 nanostructures with wellcontrolled morphology and crystallinity by a facile hydrothermal reaction. In
addition to many conventional characterization methods, three-dimensional
scanning transmission electron microscopy tomography is used, for the first time,
to explain the growth mechanism of the MnO2 and the corresponding cycling
performance of the supercapacitors. Furthermore, the electrochemical
performance of the MnO2 nanostructures was studied in detail and we revealed
the energy storage mechanism of MnO2 by direct observation of the evolution of
material structure during long-term cycling tests.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แมงกานีสไดออกไซด์ (MnO2) ถือเป็นหนึ่งที่ว่าวัสดุสำหรับระบบเก็บพลังงานรวมถึงแบตเตอรี่และ supercapacitors.3258-61 เทียบกับแบตเตอรี่ supercapacitors มีความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก(10 - 100 เท่ามากกว่าแบตเตอรี่), อัตราชาร์จ (ชาร์จต่อ supercapacitorใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีนาที) ดี และขี่จักรยานเสถียร (วงจรจำนวนมากกว่า 1 ล้านรอบ) ทำให้ supercapacitors อุปกรณ์ที่เหมาะสำหรับโปรแกรมประยุกต์ที่สำคัญมากมายเช่นเครื่องใช้ไฟฟ้า ไฟฟ้าไฮบริดยานพาหนะ และเก็บข้อมูลสมาร์ทกริด 2, 62 อย่างไรก็ตาม การพลังงานค่อนข้างต่ำกว่าความหนาแน่น (~ 10 ครั้งกว่าที่แบตเตอรี่) ป่านนี้มีจำกัดใช้เป็นอุปกรณ์เก็บพลังงานอย่างกว้างขวาง คาร์บอน 5 คะแนน supercapacitorsแสดงจัดเก็บค่าใช้จ่ายต่ำเนื่องจากการดูดซับไอออนของอิเล็กโทรไลท์จำกัดและคายออกบนพื้นผิวของคาร์บอน ดังนั้น แทนคาร์บอนsupercapacitors ค้าวัสดุ โดยวัสดุที่มีความจุสูงเช่น MnO2สามารถเป็นกลยุทธ์มีประสิทธิภาพเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของ supercapacitorsจึง ปูทางให้พวกเขายอมรับในความหลากหลายของการใช้งาน อย่างไรก็ตาม ออกไซด์50อิเล็กโทรดมีข้อเสียร้ายแรงของประสิทธิภาพการขี่จักรยาน ปัญหาที่จนได้ไม่ถูกพอตรวจสอบวิธีการสังเคราะห์ต่าง ๆ และความหลากหลายของ MnO2 มีแตกต่างกันmorphologies และระยะของผลึกได้รับรายงานการเตรียม MnO2nanostructures.63-71 อย่างไรก็ตามการศึกษาอย่างเป็นระบบมุ่งเน้นศึกษาผลMnO2 nanoscale เฟสผลึกและสัณฐานวิทยาและประสิทธิภาพของการขี่จักรยานบนความจุ supercapacitor ยังไม่ได้ทำ การศึกษาครั้งแรกอย่างใดอย่างหนึ่งดำเนินการ โดย Belanger ร้อยเอ็ดเปิดเผยกลไกการจัดเก็บพลังงานของ MnO2อิเล็กโทรดในสารละลายอิเล็กโทรไลต์โดย voltammetry ทุกรอบและ X-ray photoelectronเทคนิคสเปกโทรสโก 72 พวกเขาพบว่าไฟฟ้า MnO2 มีชั้นหนาได้รับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชัน Mn เนื่องจากเฉพาะชั้นบางมากของวัสดุร่วมกับกระบวนการเก็บพลังงาน หลังจากนั้น 72 Wei et alดำเนินการศึกษาอิทธิพลของ MnO2 สัณฐานวิทยาในการไฟฟ้าคุณสมบัติ โดยการควบคุมเงื่อนไขวัสดุสังเคราะห์ 36 การไฟฟ้าเคมีการทดสอบแสดงให้เห็นว่า ความจุของอิเล็กโทรด MnO2 สูงเกี่ยวข้องการสัณฐานวิทยาของ nanostructure และพื้นที่ผิว แต่การศึกษาไม่ได้ให้วิเคราะห์วัสดุรายละเอียดมากไป elucidate ปัจจัยที่ควบคุมประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า 36 เพื่อให้บรรลุที่ดีสุดประสิทธิภาพการเก็บพลังงาน ของ MnO2 และดีเข้าใจเก็บพลังงานกลไก มันเป็นสิ่งสำคัญมากในการศึกษาไม่เพียงแต่รูปร่างทั่วไป หรือnanostructure MnO2 แต่วิวัฒนาการของ nanostructures ด้วยจักรยานไฟฟ้าประสิทธิภาพ supercapacitor51เรารายงานการศึกษาตรวจสอบการจัดเก็บพลังงานกลไกของ nanostructured MnO2 โดยเส้นทางเป็นระบบที่ใช้หลายเทคนิคที่ไม่ได้รับไปใช้ในการศึกษา MnO2 คะแนน supercapacitorsก่อนหน้านี้ ประการแรก เราเตรียมแตก MnO2 nanostructures ผลึกและสัณฐานวิทยาของ wellcontrolled โดยปฏิกิริยา hydrothermal ร่ม ในในหลายวิธีจำแนกลักษณะทั่วไป สามมิติการสแกนการส่งตรวจเอกซเรย์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้ ครั้งแรกอธิบายกลไกการเจริญเติบโตของ MnO2 และขี่จักรยานที่สอดคล้องกันประสิทธิภาพของการ supercapacitors นอกจากนี้ การไฟฟ้าประสิทธิภาพของ MnO2 nanostructures เป็นศึกษาในรายละเอียด และเราเปิดเผยกลไกเก็บพลังงานของ MnO2 โดยสังเกตโดยตรงจากวิวัฒนาการของโครงสร้างวัสดุในระหว่างการทดสอบขี่จักรยานระยะยาว

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แมงกานีสไดออกไซด์ (MnO2) จะถือเป็นหนึ่งในแนวโน้มมากที่สุด
วัสดุสำหรับระบบจัดเก็บข้อมูลการใช้พลังงานรวมแบตเตอรี่และ supercapacitors.32,
58-61 เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ซุปเปอร์มีความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นมาก
(10-100 เท่าสูงกว่าแบตเตอรี่) ได้อย่างรวดเร็ว อัตรา (ค่า supercapacitor ค่าใช้จ่ายที่
ใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีในนาที) และความมั่นคงการขี่จักรยานที่ดีเยี่ยม (รอบ
จำนวนมากกว่า 1 ล้านรอบ) นี้จะทำให้อุปกรณ์ซุปเปอร์เหมาะ
สำหรับการใช้งานที่สำคัญหลายอย่างเช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, ไฟฟ้าไฮบริด
ยานพาหนะและการเก็บรักษามาร์ทกริด 2, 62 แต่พลังงานค่อนข้างต่ำของพวกเขา
มีความหนาแน่น (~ 10 เท่าต่ำกว่าของแบตเตอรี่) ได้ป่านนี้ จำกัด การประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลายเป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน ซุปเปอร์ตาม 5 คาร์บอน
แสดงความจุค่าใช้จ่ายที่ต่ำเนื่องจากการดูดซับไอออนอิเล็ก จำกัด
และคายบนพื้นผิวของคาร์บอน ดังนั้นแทนที่คาร์บอน
วัสดุในซุปเปอร์เชิงพาณิชย์โดยวัสดุที่มีความจุสูงเช่น MnO2
อาจจะเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของซุปเปอร์,
จึงปูทางไปสู่การยอมรับของพวกเขาในความหลากหลายของการใช้งาน อย่างไรก็ตามออกไซด์
50
ขั้วไฟฟ้ามีข้อเสียที่ร้ายแรงของการปฏิบัติงานการขี่จักรยานยากจนปัญหาว่า
เพื่อให้ห่างไกลยังไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างพอเพียง.
วิธีการสังเคราะห์ต่างๆและความหลากหลายของ MnO2 กับที่แตกต่างกัน
รูปร่างลักษณะและขั้นตอนผลึกที่ได้รับรายงานการเตรียมความพร้อม MnO2
nanostructures.63- 71 อย่างไรก็ตามระบบการศึกษาที่มุ่งเน้นการศึกษาผลกระทบ
ของลักษณะทางสัณฐานวิทยา MnO2 นาโนและเฟสคริสตัลและประสิทธิภาพการขี่จักรยานที่มีต่อ
ความจุ supercapacitor ยังไม่ได้รับการดำเนินการ หนึ่งในการศึกษาครั้งแรก
ที่ดำเนินการโดย Belanger et al, เผยให้เห็นกลไกการจัดเก็บพลังงานของ MnO2
ขั้วไฟฟ้าอิเล็กโทรไลในน้ำโดย voltammetry วงจรและเอ็กซ์เรย์โฟโต
เทคนิคสเปกโทรสโก 72 พวกเขาพบว่าขั้ว MnO2 กับชั้นหนา
เปลี่ยนไปเปลี่ยนของสถานะออกซิเดชัน Mn ไม่มีเพราะเพียงชั้นบางมากของ
วัสดุที่มีส่วนร่วมในการดำเนินการจัดเก็บพลังงาน 72 หลังจากนั้น Wei et al.
ดำเนินการศึกษาอิทธิพลของ MnO2 สัณฐานบนไฟฟ้าที่
คุณสมบัติโดยการควบคุมสภาพการสังเคราะห์วัสดุ 36 ไฟฟ้า
การทดสอบแสดงให้เห็นว่าความจุของขั้วไฟฟ้า MnO2 มีความเกี่ยวข้องอย่างมาก
ที่จะสัณฐานโครงสร้างระดับนาโนและพื้นที่ผิวของมัน แต่การศึกษาไม่ได้ช่วยให้
การวิเคราะห์วัสดุที่มีรายละเอียดมากเพื่ออธิบายปัจจัยที่มีการควบคุม
การปฏิบัติงานไฟฟ้าของอุปกรณ์ 36 เพื่อให้บรรลุที่ดีที่สุดสำหรับ
ประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงานของ MnO2 และเข้าใจการจัดเก็บพลังงาน
กลไกมันเป็นสิ่งสำคัญมากในการศึกษาไม่เพียง แต่รูปร่างทั่วไปหรือ
โครงสร้างระดับนาโนของ MnO2 แต่ยังวิวัฒนาการของโครงสร้างนาโนกับ
การขี่จักรยานไฟฟ้าเพื่อประสิทธิภาพ supercapacitor
51
เรารายงานการศึกษาที่ครอบคลุมเกี่ยวกับการตรวจสอบการจัดเก็บพลังงาน
กลไกของอิเล็กทรอนิคส์ MnO2 โดยเส้นทางระบบการใช้หลาย
เทคนิคที่ยังไม่ได้ถูกนำมาใช้เพื่อการศึกษาซุปเปอร์ MnO2 ตาม
ก่อนหน้านี้ ประการแรกเราเตรียมโครงสร้างนาโน MnO2 ที่แตกต่างกับลักษณะทางสัณฐานวิทยาและ wellcontrolled ผลึกโดยปฏิกิริยาไฮโดรสะดวก ใน
นอกเหนือไปจากวิธีการหลายลักษณะทั่วไปสามมิติ
เอกซ์เรย์ส่งกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรก
ที่จะอธิบายกลไกการเจริญเติบโตของ MnO2 และการขี่จักรยานที่สอดคล้องกัน
ประสิทธิภาพของซุปเปอร์ นอกจากนี้การไฟฟ้า
ประสิทธิภาพการทำงานของโครงสร้างนาโน MnO2 ได้ศึกษาในรายละเอียดและเราเปิดเผย
กลไกการจัดเก็บพลังงานของ MnO2 โดยการสังเกตโดยตรงของวิวัฒนาการของ
โครงสร้างวัสดุในระหว่างการทดสอบการขี่จักรยานในระยะยาว

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

แมงกานีสไดออกไซด์ ( mno2 ) ถือว่าเป็นหนึ่งในแนวโน้มมากที่สุดวัสดุสำหรับพลังงานระบบจัดเก็บข้อมูล และ supercapacitors.32 รวมทั้งแบตเตอรี่ ,58-61 เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์มีความหนาแน่นพลังงานสูงมาก( 10-100 เท่า แบตเตอรี่ ) , อัตราค่าใช้จ่ายได้อย่างรวดเร็ว ( คิดค่าซูเปอร์คาปาซิเตอร์ใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีเป็นนาที ) และเสถียรภาพจักรยานยอดเยี่ยม ( รอบจำนวนกว่า 1 ล้านครั้ง ) นี้จะทำให้อุปกรณ์ที่เหมาะซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สำหรับการใช้งานที่สำคัญมากมาย เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้า , ไฮบริด , ไฟฟ้ายานพาหนะและการจัดเก็บตารางสมาร์ท 2 , 62 และพลังงานค่อนข้างต่ำความหนาแน่น ( ~ ที่น้อยกว่าแบตเตอรี่ 10 ครั้ง ) ได้ป่านนี้จำกัดการฉาวเป็นอุปกรณ์เก็บพลังงาน 5 คาร์บอนตามซุปเปอร์คาปาซิเตอร์แสดงความจุที่เก็บค่าธรรมเนียมต่ำเนื่องจากการขาดการดูดซับไอออนจำกัดและการดูดซับบนพื้นผิวของคาร์บอน ดังนั้น การเปลี่ยนคาร์บอนวัสดุในซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ความจุสูง เช่น mno2 วัสดุเชิงพาณิชย์โดยสามารถเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อเพิ่มความหนาแน่นพลังงานของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ,จึงปูทางสำหรับการยอมรับในความหลากหลายของการใช้งาน อย่างไรก็ตาม ออกไซด์50ขั้วไฟฟ้ามีข้อเสียร้ายแรงของการแสดงจักรยานคนจน ปัญหาว่าป่านฉะนี้ยังไม่ได้ถูกตรวจสอบอย่างเพียงพอวิธีการสังเคราะห์ต่าง ๆและความหลากหลายของ mno2 แตกต่างกันโครงสร้าง และระยะผลึกได้รับการรายงานเพื่อเตรียม mno2nanostructures.63-71 อย่างไรก็ตาม การศึกษาอย่างเป็นระบบ เน้นศึกษาผลกระทบโครงสร้างสัณฐาน nanoscale mno2 และเฟสผลึกและการแสดงจักรยานของความจุซูเปอร์คาปาซิเตอร์ยังไม่ได้ดำเนินการ หนึ่งในการศึกษาแรกจัดโดย เบลังเกอร์ et al . พบว่ากลไกของ mno2 ที่เก็บพลังงานขั้วไฟฟ้าในสารละลายอิเล็กโทรไลต์แบบ X-ray photoelectron และแคทไอออนโดยเทคนิคสเปกโทรสโกปี พวกเขาพบว่า ขั้ว mno2 ที่มีชั้นหนารับการเปลี่ยนแปลงของ MN สถานะออกซิเดชันเพราะบางมากชั้นวัสดุสนับสนุนกระบวนการการจัดเก็บพลังงาน 72 หลังจากนั้น Wei et al .ทำการศึกษาอิทธิพลของ mno2 สัณฐานวิทยาในเคมีไฟฟ้าคุณสมบัติโดยการควบคุมวัสดุสังเคราะห์เงื่อนไข 36 ไฟฟ้าเคมีการทดสอบแสดงให้เห็นว่าความจุ mno2 electrodes สูงที่เกี่ยวข้องมีลักษณะโครงสร้างนาโน และพื้นที่ผิว แต่การศึกษาไม่ได้ให้รายละเอียดมากทำให้วัสดุการวิเคราะห์ปัจจัยที่ควบคุมใช้งานของอุปกรณ์ 36 เพื่อให้บรรลุผลที่ดีที่สุดประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงานของ mno2 และเข้าใจการจัดเก็บพลังงานกลไก , มันเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะศึกษาไม่เพียง แต่รูปร่าง หรือทั่วไปโครงสร้างนาโนของ mno2 แต่ยังวิวัฒนาการของนาโนด้วยใช้จักรยานเพื่อประสิทธิภาพซูเปอร์คาปาซิเตอร์ .51เรารายงานการศึกษาที่ครอบคลุมในการตรวจสอบการจัดเก็บพลังงานกลไกของ nanostructured mno2 โดยระบบเส้นทางใช้หลายเทคนิคที่ยังไม่ได้ถูกใช้เพื่อศึกษา mno2 ตามซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ก่อนหน้านี้ ประการแรก เราเตรียมนาโน mno2 แตกต่างกับ wellcontrolled สัณฐานวิทยาและความเป็นผลึกโดยปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอลง่าย . ในนอกจากวิธีการลักษณะทั่วไปมาก , 3 มิติกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสแกนส่งเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ที่ใช้เป็นครั้งแรกเพื่ออธิบายกลไกของการ mno2 และจักรยานที่สอดคล้องกันประสิทธิภาพของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ . นอกจากนี้ ทางเคมีไฟฟ้าประสิทธิภาพของ mno2 นาโน ได้ทำการศึกษาในรายละเอียดและเราพบพลังงานกระเป๋ากลไก mno2 โดยการสังเกตโดยตรงของวิวัฒนาการของโครงสร้างของวัสดุในระหว่างการทดสอบจักรยานระยะยาว