(a) Det elektrokemiska stabilitetsfönstret för högkoncentrerad LiCl vattenhaltig elektrolyt expanderar till ~ 2,7 V. (b) Spänningsfönstret för MXene-elektroden i högkoncentrerad LiCl vattenhaltig elektrolyt breddas till 1,8 V. (c) Ögonblicksbilder av jämviktsbanor av högkoncentrerad LiCl vattenhaltig elektrolyt. (d) Galvanostatiska laddnings-urladdningsprofiler av MXene plana mikrosuperkondensatorer med olika mikroelektrodtjocklekar. (e) Cykliska voltammetrikurvor för MXene plana mikrosuperkondensatorer vid olika temperaturer. (f) Optiska bilder av bokstaven "DICP", som består av LED-lampor, upplysta av seriekopplade MXene plana mikrosuperkondensatorer i böjbara bärbara tillstånd. Kredit:Yuanyuan Zhu och Shuanghao Zheng. Kredit:Science China Press
En nyligen genomförd studie ledd av prof. Zhong-Shuai Wu (Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS)), och prof. Hui-Ming Cheng (Institute of Metal Research of CAS) och publicerad i National Science Review undersöker vattenhaltiga MXene plana mikrosuperkondensatorer.
MXenes, en familj av 2D-övergångsmetallkarbider och nitrider med över 30 arter, växer fram som högpresterande elektrodmaterial. En MXene-elektrod oxideras dock lätt vid hög anodpotential i vattenhaltiga elektrolyter, och dess driftspänning begränsas normalt av vattnets elektrokemiska termodynamiska stabilitetsfönster, vilket resulterar i små driftspänningar vanligtvis mindre än 0,6 V, vilket kraftigt begränsar energitätheten. av MXene-baserade MSC:er (MXene-MSCs).
Dessutom fryser vattenhaltiga elektrolyter lätt vid temperaturer under noll, vilket leder till en kraftig minskning av jonledningsförmågan. Medan vid höga temperaturer är strukturen hos vattenhaltiga elektrolyter så instabil att det är svårt att behålla inre vattenmolekyler på grund av flyktighet. Därför är det fortfarande en stor utmaning att utveckla vattenhaltiga elektrolyter med hög spänning och brett temperaturområde.
"Vi utvecklade en låg kostnad, miljövänlig och högkoncentrerad LiCl vattenhaltig elektrolyt för att reglera reaktionskinetiken för MXene (Ti3 C2 Tx ) elektrod och elektrolyt, vilket inte bara breddade driftspänningen för MXene-MSC genom att hämma oxidation vid hög potential, utan också ökade temperaturområdet på grund av en låg fryspunkt, säger professor Wu.
De som tillverkade symmetriska plana vattenhaltiga MXene-MSC:erna med ovannämnda elektrolyt uppnådde en driftspänning på upp till 1,6 V och energitäthet på upp till 31,7 mWh cm -3 vid rumstemperatur.
Den låga fryspunkten (-57 °C) för högkoncentrerad LiCl-gelelektrolyt gjorde det också möjligt för MXene-MSC att fungera stabilt i ett brett temperaturområde (-40 °C till 60 °C). Skalbarheten och flexibiliteten hos MXene-MSC:er gör det enkelt för dem att integreras i bärbar mikroelektronik. + Utforska vidare
