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MXene基高比能超級(jí)電容器研究獲進(jìn)展

作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-08 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

近日,中國(guó)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(tuán)隊(duì)合作,采用二維金屬碳化物MXene為負(fù)*,碳納米管為正*,具有氧化還原活性的對(duì)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(jí)電容器,相關(guān)成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)-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(jí)電容器電*材料。然而,目前報(bào)道的大部分是水系對(duì)稱型超級(jí)電容器,存在工作電壓窗口較窄(一般為0.6 V)的問(wèn)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(diǎn),急需發(fā)展高電壓超級(jí)電容器,以獲得高的能量密度。

 

*近,該研究團(tuán)隊(duì)使用Ti3C2Tx MXene為負(fù)*,碳納米管為正*,硫酸溶液和硫酸-對(duì)苯二酚混合液分別為負(fù)*和正*電解液,質(zhì)子選擇性透過(guò)的Nafion膜為隔膜,構(gòu)建了氫離子“搖椅”式非對(duì)稱超級(jí)電容器。在充放電過(guò)程中,吸附在碳納米管上的對(duì)苯二酚發(fā)生可逆的去質(zhì)子化和質(zhì)子化過(guò)程,為正*提供高贗電容;同時(shí),伴隨著負(fù)*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(duì)稱超級(jí)電容器不僅實(shí)現(xiàn)了氫離子在正負(fù)*之間可逆快速移動(dòng),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(bào)道的水系MXene基超級(jí)電容器的*高值。該工作為MXene基非對(duì)稱、高比能超級(jí)電容器的構(gòu)建提供了新的思路。

 

上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。

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