Page 137 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 周世昊，等: ZnMn 2 O 4 /Mn 2 O 3 /CNT 复合正极材料的制备及其在水锌离子电池中的应用 ·771·

和 b 为相应的可调参数。当 b 为 0.5 时，表示容量 如图 11b 所示，根据 Randle-Sevcik 方程：
1/2 1/2
5 3/2
2+
完全由半无限扩散控制，对应于 Zn 引起的法拉第 i=2.69×10 n AD v C 0 （25 ℃） （7）
嵌入/脱出反应；当 b 为 1.0 时，意味着完全的电容 其中：i 是峰值电流，mA；n 是每个反应物种的电
行为；若 b 在 0.5~1.0 之间，则说明容量由电容行为 子数；A 是电极的表面积，取值 1.5385 cm ；D 是
2
和扩散共同控制。 Zn 的扩散系数，cm /s；v 是扫描速率，V/s；C 0 是
2
2+

2+
Zn 的浓度，2 mol/L。
2+
由公式（7）计算出 Zn 在 1 mol/L ZnSO 4 电解
2
液中的扩散系数为 6×10 –13 cm /s，大于复合电极
[6]
2
（ZnMn 2 O 4 +C）的 1.1×10 –13 cm /s ，表明 AZIBs
拥有超快离子扩散速率。
在一定扫速下，循环伏安电流可以分为两部分：
k 1 v 的表面控制电流和 k 2 v 1/2 的扩散控制电流。相应
地，不同扫速的电容贡献可由式（8）和（9）计算：
1/2
i=k 1 v+k 2 v （8）

图 10 ZMO/MO/10CNT 在不同扫速下的循环伏安曲线 可变换为：
Fig. 10 Cyclic voltammetric curves of ZMO/MO/10CNT 1/2 1/2
at different scanning speeds i/v =k 1 v +k 2 （9）
1/2 1/2
通过 lgi 与 lgv 的拟合（图 11a），可根据线性回 式中：k 1 和 k 2 由 i/v 与 v 的线性拟合方程的斜率和
归线的斜率确定峰值 1、3 和 4 的系数 b（峰 2 在高扫 截距确定；ν为特定电压下的扫速，V/s。
描速率下变得模糊而无法测量峰强度），其值分别为 图 12 为 ZMO/MO/10CNT 在 0.1 mV/s 扫速下的
0.53、0.68 和 0.51，比较接近 0.5。结果表明， 赝电容分布和贡献率。
ZMO/MO/10CNT 的电化学反应主要受扩散控制。

图 11 CV 曲线中 3 个峰值的 lgi 与 lgv 的关系（a）及主 图 12 ZMO/MO/10CNT 在 0.1 mV/s 扫速下赝电容效应
要阴极和阳极扫描过程中峰值电流与扫描速率平 的分布（a）和不同扫速下的赝电容效应贡献率和
方根的关系（b） 扩散过程（b）
Fig. 11 Relationships between lgi and lgv plots of three Fig. 12 ZMO/MO/10CNT at distribution of the pseudocapacitive
peaks in CV curves (a) and relationships between effect at 0.1 mV/s (a) and contribution ratios of
peak current and square root of scan rate in the pseudocapacitive effect and diffusion process at
main cathodic and anodic processes (b) different scan rates (b)