To obtain the promising pseudocapacitance of MnO2, the composite hydrogel of MnO2 and polyaniline (PANI) was fabricated using in situ polymerization of aniline hydrochloride in the aqueous solution containing commercial MnO2 nanoparticles and additives. Both scanning electron microscopy and transmission electron microscopy results indicated that the composite hydrogel exhibited a 3-D porous structure, within which MnO2 nanoparticles were uniformly embedded. The investigations of cyclic voltammetry, galvanostatic charge−discharge, and electrochemical impedance spectroscopy demonstrated superior supercapacitor (SC) performance of the hydrogel electrode even with high loading. The electrode with loading of 1.5 mg cm–2 showed a favorable specific capacitance (293 F g–1, 10 mV s–1), which only decreased to 258 F g–1 when the loading of the electrode was seven times higher (10.8 mg cm–2). Furthermore, the hydrogel electrode displayed good cycle stability in the acidic solution (81% capacitance retention after 1000 charge/discharge cycles). The favorable electrochemical performance of the composite hydrogel should be attributed to the fast electron/ion transport and good protection for MnO2 in the 3-D porous structure. Due to the facile one-pot synthesis and optimized nanostructure, it could be expected that MnO2-embedded 3-D porous PANI composite hydrogels have great application in the field of high-performance electrode with high loading for SCs.

中文翻译：

---

用于高负载超级电容器电极的 MnO2 嵌入 3-D 多孔聚苯胺复合水凝胶的简便制备

为了获得有希望的 MnO2 赝电容，通过在含有商业 MnO2 纳米颗粒和添加剂的水溶液中原位聚合苯胺盐酸盐，制备了 MnO2 和聚苯胺 (PANI) 的复合水凝胶。扫描电子显微镜和透射电子显微镜结果均表明复合水凝胶呈现出 3-D 多孔结构，其中 MnO2 纳米颗粒均匀嵌入。循环伏安法、恒电流充放电和电化学阻抗谱的研究表明，即使在高负载下，水凝胶电极也具有优异的超级电容器 (SC) 性能。负载为 1.5 mg cm-2 的电极显示出良好的比电容（293 F g-1, 10 mV s-1），当电极的负载量高出 7 倍（10.8 mg cm-2）时，它仅下降到 258 F g-1。此外，水凝胶电极在酸性溶液中显示出良好的循环稳定性（1000 次充电/放电循环后电容保持率为 81%）。复合水凝胶良好的电化学性能应归功于快速的电子/离子传输和 3-D 多孔结构中对 MnO2 的良好保护。由于简单的一锅法合成和优化的纳米结构，可以预期 MnO2 嵌入的 3-D 多孔 PANI 复合水凝胶在 SCs 的高负载高性能电极领域有很大的应用。水凝胶电极在酸性溶液中显示出良好的循环稳定性（1000 次充电/放电循环后电容保持率为 81%）。复合水凝胶良好的电化学性能应归功于快速的电子/离子传输和 3-D 多孔结构中对 MnO2 的良好保护。由于简单的一锅法合成和优化的纳米结构，可以预期 MnO2 嵌入的 3-D 多孔 PANI 复合水凝胶在 SCs 的高负载高性能电极领域有很大的应用。水凝胶电极在酸性溶液中显示出良好的循环稳定性（1000 次充电/放电循环后电容保持率为 81%）。复合水凝胶良好的电化学性能应归功于快速的电子/离子传输和 3-D 多孔结构中对 MnO2 的良好保护。由于简单的一锅法合成和优化的纳米结构，可以预期 MnO2 嵌入的 3-D 多孔 PANI 复合水凝胶在 SCs 的高负载高性能电极领域有很大的应用。