具有优异电化学性能的赝电容材料引起了人们对开发高性能超级电容器的浓厚兴趣。在此，通过溶剂热法合成了 VOx 锚定的 Ti3C2Tx MXene 赝电容材料，以协同金属导电性和氧化还原活性。纯氧化钒合成会导致 VO2 形成，而在 Ti3C2TX 存在下，由于 Ti3C2TX 表面官能团的分解，观察到准金属 V2O3 和 VO2 (VOx)。 V2O3 相的生长随着 Ti3C2TX 重量浓度的增加而增加。异质结构的最佳组成在-0.9 V–1 V的稳定电位窗口中提供了364 F g−1的比电容，超过了纯VO2 (245 F g−1)和Ti3C2TX (140 F g−1)的比电容）在 0.5 M K2SO4 电解液中。此外，所开发的对称超级电容器（SSC）在功率密度为1.1 kW kg−1时提供了45.7 Wh kg−1的能量密度，10000次循环的循环稳定性为78%，自放电开路电位为1.34 V。这项工作强调了开发基于 SSC 的阳极和阴极活性赝电容材料的策略，以提高能量密度并减轻自放电。
  
图 1. VOx 锚定 Ti3C2TX 异质结构的合成示意图。
 
 
图 2. (a) Ti3AlC2 和 Ti3C2Tx、(b) 纯 VO2 纳米颗粒、(c) VOx 锚定 Ti3C2Tx、(d) VOxM2 的 Rietveld 精修的 X 射线衍射图。
 
  
图 3. (a, b) Ti3C2Tx MXenes、(c, d) VO2 纳米颗粒、(e–g) VOx 锚定 Ti3C2Tx - VOxM2 的 SEM 图像和 (h) VOxM2 的 EDS 分析（来自图 3 (f) 标记）地区）。
 
  
图 4. (a-b) TEM 图像和 (c) 具有 FFT 图案的 VO2 晶格条纹（插入图像）； (d–e) TEM 图像和 (f) V2O3 的晶格条纹以及 FFT 图案（插入图像）； (g) TEM 图像，VOxM2 的 (h) V、(i) Ti、(j) F、(k) C 和 (l) O 的元素映射。

 
图5. VOxM2的X射线光电子能谱（a）测量能谱，（b）Ti 2p，（c）V 2p，（d）O 1s，（e）C 1s，（f）F 1s。
 

图 6. (a) VO2 和 VOxM 在 10 mV s−1 扫描速率下的 CV，(b)VOxM2 在不同扫描速率（10、20、30、50、70、100 mV s−1）下的 CV，以及(c) 1 A g−1 下 VO2 和 VOxM 的 GCD，(d) 不同电流密度（1、2、3、4、5、10、15 A g−1）下的 VOxM2，以及 (e) 的倍率能力不同电流密度下的 VO2 和 VOxM2。
 

图 7. (a) 阳极扫描和 (b) 阴极扫描期间 VOxM2 的 log (i) 与 log (v) 图；条形图显示了不同 b 值 (c) 0.89 和 (d) 0.74 时电容性和扩散电荷存储的贡献； (e) Ti3C2Tx、VO2 和 VOxM2 的 EIS 分析，(f) VOxM2 5000 次循环的循环稳定性和库伦效率。


图8. (a)不同扫描速率下的CV，(b)不同电流密度下的GCD，(c)阳极和阴极极化曲线，(d)循环前后的EIS，(e，f)自放电VOxM2 SSC 的漏电流分析。
 
      相关科研成果由印度理工学院Bharat B. Panigrahi等人于2024年发表在Journal of Power Sources（https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234503）上。原文：VOx anchored Ti3C2Tx MXene heterostructures for high-performance 2.2 V supercapacitors
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234503

转自《石墨烯研究》公众号