中國儲能網(wǎng)訊：作為一種高性能、低成本、環(huán)境友好的儲能器件，超級電容器由于其高功率密度、快速充放電能力、優(yōu)異的可逆性和超長循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。現(xiàn)今，越來越多的電子設(shè)備聚焦物理尺寸的小型化、微型化、柔性化，為此，開發(fā)一種新的大密度、高體積、高能量、高密度的柔性電極材料迫在眉睫。而作為一類新奇的二維納米材料，MXenes就可擁有上述諸多優(yōu)點(diǎn)。
MXenes是一種過渡金屬碳化物或氮化物，擁有層狀結(jié)構(gòu)、大的密度和比表面積，高的導(dǎo)電性和潤濕性，以及相對好的化學(xué)穩(wěn)定性，因而被廣泛應(yīng)用于離子電池、超級電容器、電催化、傳感器等領(lǐng)域。通常，二維納米材料能夠通過剝離團(tuán)聚的納米片、調(diào)控表明官能團(tuán)、引入雜原子等方法提升其電化學(xué)性能。
非原位氮摻雜Ti3C2柔性電極的儲能原理、電化學(xué)性能及其器件性能圖
近日，西安交通大學(xué)闕文修教授課題組通過簡單可控的非原位溶劑熱方法成功合成了一種柔性、自支撐、致密的氮摻雜Ti3C2膜電極材料，并組裝成對稱超級電容器。相比原位摻雜氮元素，非原位溶劑熱法不僅能獲得超高的體積容量，而且對氮摻雜Ti3C2膜的成膜性幾乎沒影響。同時，柔性電極的高密度和優(yōu)異質(zhì)量容量使其體積容量突破記錄，即其電容性能在5 mV s-1時超過2800 F cm?3，這在目前已報道的MXenes基材料中性能最高，且擁有優(yōu)異的循環(huán)壽命。組裝成對稱超級電容器同樣擁有令人興奮的體積能量密度（76 Wh L?1）和功率密度（31112 W L?1），這些與報道的MXenes、含氮碳基材料對稱超級電容器相比性能更加優(yōu)異。因此，采用非原位氮摻雜法對剝離的Ti3C2納米片進(jìn)行改善的簡單方法，可以為其它MXenes體系的開發(fā)提供新的機(jī)會，也將為電化學(xué)能儲器件如電化學(xué)電容器、各種離子電池等體積性能的改進(jìn)提供一種可能。
上述研究成果以“Flexible Nitrogen-Doped 2D Titanium Carbides (MXene) Films Constructed by an Ex Situ Solvothermal Method with Extraordinary Volumetric Capacitance”為題發(fā)表在國際頂級期刊Advanced Energy Materials（IF=21.875）上。西安交通大學(xué)電信學(xué)院博士生楊晨輝為本文第一作者，闕文修教授為本文的唯一通訊作者，西安交通大學(xué)為本文的唯一署名單位。該研究工作是闕文修教授課題組在電化學(xué)儲能領(lǐng)域多項(xiàng)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials，Journal of Materials Chemistry A，Journal of Power Sources等國際著名期刊后的又一突破性成果。該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、陜西省國際科技合作項(xiàng)目和國家111計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持。
