【儀表網 儀表研發】近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥與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為負極，碳納米管為正極，具有氧化還原活性的對苯二酚為正極電解液添加劑，構建了氫離子“搖椅”式高比能超級電容器，相關成果發表在《美國化學會-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)和高質量比容量(380F/g)，是一種非常有前景的超級電容器電極材料。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，導致獲得的能量密度較低。因此，為充分發揮MXene的高比容量的特點，急需發展高電壓超級電容器，以獲得高的能量密度。
 

　　最近，該研究團隊使用Ti3C2Tx MXene為負極，碳納米管為正極，硫酸溶液和硫酸-對苯二酚混合液分別為負極和正極電解液，質子選擇性透過的Nafion膜為隔膜，構建了氫離子“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生可逆的去質子化和質子化過程，為正極提供高贗電容；同時，伴隨著負極氫離子的插入和脫出，Ti3C2Tx中的鈦元素發生可逆的氧化還原反應。獲得的MXene基非對稱超級電容器不僅實現了氫離子在正負極之間可逆快速移動，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基超級電容器的最高值。該工作為MXene基非對稱、高比能超級電容器的構建提供了新的思路。
 

　　上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃等的資助。