Abstract In this study, a Faradaic/electric double-layer hybrid capacitor using coconut shell derived activated biochar (AB) and MnO2 nanocomposite was fabricated for capacitive deionization (CDI) applications. Three different co-precipitation methods including indirect, direct, and acid-assisted grafting oxidation methods were explored to produce the AB-MnO2 nanocomposites. The α-MnO2 with an excellent ion intercalation ability was successfully deposited onto the AB, making the AB-MnO2 an excellent electrode material for CDI application in the presence of neutral Na2SO4 electrolytes. Notably, the AB-MnO2 nanocomposites prepared by indirect co-precipitation method (AB-MnO2-indirect) has shown a high specific surface area of 304 m2 g−1 with high mesopore volume ratio, high capacitance retention, good hydrophilicity and suitable pore texture to shorten the diffusion distance of ions. Cyclic voltammetric (CV) and electrochemical impedance spectroscopic (EIS) spectra showed that the AB-MnO2 yields a quasi-rectangular and symmetric CV plot, and specific capacitances of 410–523 F g−1 at 5 mV s−1 were observed. Moreover, the AB-MnO2-indirect exhibits excellent CDI performance at 1.2 V, and the specific electrosorption capacity of 33.9–68.4 mg g−1 was obtained. Results of this study demonstrate that AB-MnO2 nanocomposites are superior electrochemical materials for CDI application, which can serve as alternative materials for designing an innovative electrochemical technology for water purification, desalination, and energy storage.

中文翻译：

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椰子壳衍生的活性生物炭-二氧化锰纳米复合材料用于高性能电容去离子

摘要 在这项研究中，使用椰壳衍生的活化生物炭 (AB) 和 MnO2 纳米复合材料制造了法拉第/双电层混合电容器，用于电容去离子 (CDI) 应用。探索了三种不同的共沉淀方法，包括间接、直接和酸辅助接枝氧化方法来生产 AB-MnO2 纳米复合材料。具有优异离子嵌入能力的 α-MnO2 成功沉积在 AB 上，使 AB-MnO2 成为在中性 Na2SO4 电解质存在下用于 CDI 应用的优异电极材料。值得注意的是，通过间接共沉淀法（AB-MnO2-indirect）制备的 AB-MnO2 纳米复合材料具有 304 m2 g-1 的高比表面积、高介孔体积比、高电容保持率、良好的亲水性和合适的孔隙结构，缩短离子的扩散距离。循环伏安 (CV) 和电化学阻抗谱 (EIS) 光谱表明，AB-MnO2 产生了一个准矩形和对称的 CV 图，并且在 5 mV s-1 下观察到了 410-523 F g-1 的比电容。此外，AB-MnO2-indirect 在 1.2 V 下表现出优异的 CDI 性能，并且获得了 33.9-68.4 mg g-1 的比电吸附容量。这项研究的结果表明，AB-MnO2 纳米复合材料是用于 CDI 应用的优异电化学材料，可作为替代材料用于设计用于水净化、海水淡化和储能的创新电化学技术。循环伏安 (CV) 和电化学阻抗谱 (EIS) 光谱表明，AB-MnO2 产生了一个准矩形和对称的 CV 图，并且在 5 mV s-1 下观察到了 410-523 F g-1 的比电容。此外，AB-MnO2-indirect 在 1.2 V 下表现出优异的 CDI 性能，并且获得了 33.9-68.4 mg g-1 的比电吸附容量。这项研究的结果表明，AB-MnO2 纳米复合材料是用于 CDI 应用的优异电化学材料，可作为替代材料用于设计用于水净化、海水淡化和储能的创新电化学技术。循环伏安 (CV) 和电化学阻抗谱 (EIS) 光谱表明，AB-MnO2 产生了一个准矩形和对称的 CV 图，并且在 5 mV s-1 下观察到了 410-523 F g-1 的比电容。此外，AB-MnO2-indirect 在 1.2 V 下表现出优异的 CDI 性能，并且获得了 33.9-68.4 mg g-1 的比电吸附容量。这项研究的结果表明，AB-MnO2 纳米复合材料是用于 CDI 应用的优异电化学材料，可作为替代材料用于设计用于水净化、海水淡化和储能的创新电化学技术。AB-MnO2-indirect 在 1.2 V 下表现出优异的 CDI 性能，获得了 33.9-68.4 mg g-1 的比电吸附容量。这项研究的结果表明，AB-MnO2 纳米复合材料是用于 CDI 应用的优异电化学材料，可作为替代材料用于设计用于水净化、海水淡化和储能的创新电化学技术。AB-MnO2-indirect 在 1.2 V 下表现出优异的 CDI 性能，并且获得了 33.9-68.4 mg g-1 的比电吸附容量。这项研究的结果表明，AB-MnO2 纳米复合材料是用于 CDI 应用的优异电化学材料，可作为替代材料用于设计用于水净化、海水淡化和储能的创新电化学技术。