Nature Communications:在MXene结碳纳米管复合电极中最大化离子可及性用于高倍率电化学储能
Nanoyu Nanoyu 2020-12-02


提高电化学储能装置电极中离子的可及性对电荷存储和倍率性能至关重要。特别是在操作温度较低的情况下,离子在有机电解液中的迁移动力学比较缓慢。

近日,华中科技大学徐鸣教授,美国雷克塞尔大学Yury Gogotsi报道了通过构建一种3D电解液可及的电极结构,开发了一种在有机电解液中实现高倍率性能的策略。

文章要点

1研究人员选择Ti3C2Tx(Ti3C2)用来形成一个互连的网络,其中特殊合成的结状CNTs被包裹起来,作为Ti3C2网络的载体。为了同时最大限度地提高离子可及性并减小离子传输途径的弯曲度,通过优化结结的CNTs和Ti3C2薄片的尺寸和质量比,将电极结构从大量堆积转变为高度错位。

2在10 mV s-1到10 V s-1三个数量级的扫描速率下,Mxene结碳纳米管复合电极的电容达到了130 F g−1(276 F cm−3),电容保持率为56%。其在有机电解液中也表现出优异的稳定性,在10,000次循环中没有任何电容损失。该新电极甚至可以实现令人印象深刻的低温操作稳定性,在20到−60 °C的温度范围内,在20 mV s-1下具有高电容保持率。当温度为-30℃的时候,该非对称器件能够在4.2 V电压窗口下工作,不会发生任何寄生反应或电容行为损失。这是迄今为止,所报道的MXene基器件的最大工作电压窗口。此外,在−30 °C下获得59 Wh kg-1的能量密度和9.6 kW kg-1的功率密度,超过了目前所报道的2D电极材料低温运行超级电容器的最佳值。

 

Gao, X., Du, X., Mathis, T.S. et al. Maximizing ion accessibility in MXene-knotted carbon nanotube composite electrodes for high-rate electrochemical energy storage. Nat Commun 11, 6160 (2020)

DOI:10.1038/s41467-020-19992-3

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19992-3


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