铵水系不对称超级电容器（ASC）以其低成本、运行安全和环境友好等优点，为未来需要高能量密度、功率密度和循环寿命的电子系统提供了广阔的前景。然而，开发具有互补电位窗口和协调电荷存储动力学的匹配良好的阳极和阴极仍然是一个重大挑战。在这里，我们构建了多孔 MXene 和石墨烯基薄膜，分别以氮和磷末端作为阳极和阴极，减轻了纳米片的重新堆叠，产生更多的电化学活性位点并提高了电解质的渗透性。基于多孔 MXene 和石墨烯薄膜组装的水性 ASC 在 425 W kg−1 下可实现 26.8 Wh kg−1 的优异能量密度、高倍率性能和显着的循环稳定性，20,000 次循环后保留率为 97.3%。这项工作展示了一种通过具有匹配的结构和电化学性能的二维多孔电极的表面工程来开发高性能水性ASC的新概念。
 
 
图1. (a) N/P-PMF、(b) N/P-rGO和(c)非对称超级电容器的制备过程示意图。
  
 
图 2. (a) 少层 Ti3C2TX 纳米片和 (b) 少层 BP 纳米片的 AFM 图像和 SEM 图像。 (c) 几层 Ti3C2TX 纳米片和几层 BP 纳米片沿交叉线的 AFM 高度剖面。 (d, e) 不同放大倍数下 N/P-PMF 的横截面 SEM 图像。 (f) N/P-PMF、N-PMF 和 Ti3C2TX 薄膜的 N2 吸附-解吸等温线。 (g-h) N/P-PMF、N-PMF、Ti3C2TX、BP 薄膜和 Ti3AlC2 的 XRD 图案。
 
 
图 3. (a) N/P-PMF、N-PMF 和 Ti3C2TX 薄膜的 XPS 谱。 (b) N/P-PMF、N-PMF 和 Ti3C2TX 薄膜的高分辨率 C1s 光谱。 (c) N-PMF 和 (d) N/P-PMF 的高分辨率 N1s 光谱。 (e) N/P-PMF 的高分辨率 P2p 光谱。 (f) N/P-PMF、N-PMF 和 Ti3C2TX 薄膜的高分辨率 O1s 光谱。
 
  
图4.杂化薄膜的电化学性能。 (a) N/P-PMF、N-PMF、BP 和 Ti3C2TX 薄膜在 100 mV s−1 下的 CV 曲线比较。 (b) N/P-PMF、N-PMF 和 Ti3C2TX 薄膜的重量电容对扫描速率的依赖性。 (c) N/P-PMF、N-PMF 和 Ti3C2TX 薄膜的伯德图。 (d) N/P-PMF 电流对扫描速率的幂律依赖性。 (e) N/P-PMF 在 10 mV s−1 时的电容贡献。 (f) 不同扫描速率下电容和扩散控制对 N/P-PMF 总电容的贡献。 (g) N/P-rGO杂化薄膜在不同扫描速率下的CV曲线。 (h) N/P-rGO 的标准化实部和虚部电容。 (i) N/P-rGO杂化薄膜在不同电流密度下的GCD曲线。
 
 
图 5. N/P-PMF // N/P-rGO ASC 器件的电化学性能。 (a) 20 mV s−1 下不同电压范围内 ASC 的 CV 曲线。 (b) ASC 充电/放电期间两个电极在 20 mV s−1 下的 CV 曲线和 (c) 1 A g−1 下的 GCD 曲线。 (d) 不同扫描速率下两个电极的电势窗口。 (e) 单个 ASC 器件和两个串联或并联配置的 ASC 器件在 20 mV s−1 下的 CV 曲线。 (f) ASC 在 5 A g−1 下循环 20,000 次后的电容保持率。 (g) Ragone 图比较了本工作中制备的 ASC 与之前报道的 ASC 的性能。
 
      相关科研成果由广西大学Ya Yang等人于2024年发表在Energy Storage Materials（https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103379）上。原文：Highly matched porous MXene anodes and graphene cathodes for high-performance aqueous asymmetric supercapacitors
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103379

转自《石墨烯研究》公众号