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MXene基高比能超級電容器研究獲進展

作者:宋檢 時間:2022-12-08 來源:互聯(lián)網(wǎng)

近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)浥c中科院金屬研究所研究員王曉輝團隊合作,采用二維金屬碳化物MXene為負*,碳納米管為正*,具有氧化還原活性的對苯二酚為正*電解液添加劑,構(gòu)建了氫離子“搖椅”式高比能超級電容器,相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學(xué)會-納米》(ACS Nano)上。

 

MXene是一類二維金屬碳(氮)化物納米片,具有高體積比容量(1500F/cm3)和高質(zhì)量比容量(380F/g),是一種非常有前景的超級電容器電*材料。然而,目前報道的大部分是水系對稱型超級電容器,存在工作電壓窗口較窄(一般為0.6 V)的問題,導(dǎo)致獲得的能量密度較低。因此,為充分發(fā)揮MXene的高比容量的特點,急需發(fā)展高電壓超級電容器,以獲得高的能量密度。

 

*近,該研究團隊使用Ti3C2Tx MXene為負*,碳納米管為正*,硫酸溶液和硫酸-對苯二酚混合液分別為負*和正*電解液,質(zhì)子選擇性透過的Nafion膜為隔膜,構(gòu)建了氫離子“搖椅”式非對稱超級電容器。在充放電過程中,吸附在碳納米管上的對苯二酚發(fā)生可逆的去質(zhì)子化和質(zhì)子化過程,為正*提供高贗電容;同時,伴隨著負*氫離子的插入和脫出,Ti3C2Tx中的鈦元素發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)。獲得的MXene基非對稱超級電容器不僅實現(xiàn)了氫離子在正負*之間可逆快速移動,而且器件具有1.6V的高工作電壓和62Wh/kg的高能量密度,為目前已報道的水系MXene基超級電容器的*高值。該工作為MXene基非對稱、高比能超級電容器的構(gòu)建提供了新的思路。

 

上述工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等的資助。

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