硅藻土在超级电容器上的研究

硅藻土是中国重要的非金属矿产资源之一，已经探明其储量居世界第二和亚洲首位。硅藻土是由海洋或湖泊中生长的硅藻类残骸在水底沉积，经自然环境作用逐渐形成的，主要矿物成分是蛋白石及其变种，化学成分主要是SiO2，并含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、Na2O、MgO等。

硅藻土的优异性能

过去我们对于硅藻土的开发较为局限，主要用于建筑材料、过滤填料等低附加值材料方面。但在最新的研究当中，研究者发现，硅藻土有别于其他的三维多孔材料，其在纳米至微米尺度的三维结构（如孔、脊或管状结构）上表现出高度的规律性和精确的重现性，呈现出天然大孔/介孔型孔结构。

硅藻土应用于超级电容器

超级电容器由于其高功率密度、快速充电/放电速率、长循环寿命（数百万次循环）以及优异的循环稳定性的特点，已成为下一代功率器件的研究热点。

基于二氧化锰（MnO2）的电化学超级电容器具有低的制造成本、高比电容（理论容量为1370F/g）、充足的可用性、环境相容性以及在碱性/中性介质中的高循环稳定性等优势。目前，已广泛开展了以纳米线、纳米片、纳米花和中空纳米球等具有各种结构和形貌的二氧化锰作超级电容器的研究。

课题组通过先进的聚焦离子束（FIB）微纳加工技术首次观察到了硅藻土内部的形貌结构，其天然的多级孔的特色结构清晰可见，如下图所示。为进一步解决纳米材料易团聚的问题，课题组创新性地提出使用硅藻土三维结构结合锰氧化物制造电化学电容器复合电极的概念，率先利用先进纳米自组装技术突破了硅藻土复合结构在超级电容器中的应用，发展了水钠锰矿纳米片均匀修饰硅藻土的新方法，提升了硅藻土的附加经济价值。

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