aalto1 untyped-item.component.html
Manganese dioxide-based electrodes for pseudocapacitors
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Bachelor's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
29
Series
Abstract
The accelerating effects of climate change have driven the demand for more efficient and sustainable energy storage technologies. Pseudocapacitors based on transition metal oxides have shown particular promise for high-power storage applications but are limited in their practical deployment by intrinsically poor electronic conductivity and cycling instability.
This bachelor’s thesis investigates manganese dioxide (MnO₂) as a pseudocapacitive electrode material and compares its performance with MnO₂/graphene composites through a literature review. MnO₂ is identified as an attractive candidate due to its high theoretical capacitance, low cost, natural abundance, and environmental compatibility. However, its performance is limited by poor electronic conductivity, ion transport, and cycling stability. The incorporation of graphene mitigates many of these limitations, albeit at the expense of greater synthesis complexity and potential environmental impact.
The findings of this thesis suggest that composite electrodes are better suited to high-performance requiring applications, while pure MnO₂ remains a more viable option for large-scale and sustainability-focused deployment. This work underscores the need to weigh electrochemical performance against practical and environmental constraints in the development of the next generation of pseudocapacitive materials.
Ilmastonmuutoksen kiihtyvät vaikutukset ovat lisänneet tarvetta tehokkaammille ja kestävämmille energian varastointiteknologioille. Siirtymämetallioksideihin perustuvat pseudokondensaattorit ovat osoittautuneet lupaaviksi erityisesti suuren tehotiheyden sovelluksissa. Niiden käytännön hyödyntämistä rajoittavat kuitenkin heikko sähkönjohtavuus ja huono syklinen kestävyys.
Tämä kandidaatintyö tarkastelee mangaanidioksidia (MnO₂) pseudokapasitiivisena elektrodimateriaalina ja vertaa sen suorituskykyä MnO₂/grafeenikomposiitteihin kirjallisuuskatsauksen avulla. MnO₂ tunnistetaan huomionarvoiseksi materiaaliksi sen korkean teoreettisen kapasitanssin, matalan kustannuksen, runsaan saatavuuden ja ympäristöystävällisyyden ansiosta. Sen suorituskykyä kuitenkin rajoittavat heikko sähkönjohtavuus, ionien kulkeutuminen sekä syklinen stabiilisuus. Grafeenin lisääminen voi lieventää monia näistä rajoitteista, mutta lisää synteesin monimutkaisuutta sekä mahdollisia ympäristövaikutuksia.
Työ osoittaa, että komposiittielektrodit soveltuvat paremmin korkean suorituskyvyn sovelluksiin, kun taas puhdas MnO₂ on edelleen varteenotettava vaihtoehto laajamittaisessa ja kestävyyteen painottuvassa käytössä. Työssä korostetaan tarvetta tasapainottaa sähkökemiallinen suorituskyky käytännöllisten ja ympäristöllisten näkökulmien kanssa seuraavan sukupolven pseudokapasitiivisten materiaalien kehittämisessä.