MXenes是发展最为迅速的二维材料家族之一，因其具有高电子和离子电导率、大比表面积以及可逆的表面氧化还原能力，在高倍率、高能量的储能应用方面极具潜力。Ti3C2Tx MXene在稀LiCl水溶液电解质中呈现出电容性电荷存储机制，而在高浓度水系LiCl电解质中则展现出类似氧化还原反应的反常特性。在此，采用多种原位技术，研究Ti3C2Tx在高浓度水系和常规水系LiCl电解质中循环过程中电阻、质量和电极厚度的变化。记录发现，在高浓度水系LiCl电解质中，由于层间间距变化，电阻出现显著改变。在两种电解质的电容区域内，均检测到归因于电荷载流子密度变化或片层间电子跃迁势垒改变所导致的电导率变化，而此区域内未观察到厚度变化。总体而言，结合这些原位技术有助于加深对电荷存储机制的理解，并推动基于MXene的储能器件的开发。
 
 
 
Fig 1. a) 在面内电阻测量池中记录的、于20 mM氯化锂（LiCl）溶液中、扫描速率为1 mV s⁻¹时，独立的Ti3C2Tx薄膜的循环伏安图。开路电压（OCV）以红色方块标注，文中提及的不同区域也在图中标识出来。电流已归一化为绝对最大阴极电流值。b) 根据图a中所示循环伏安图计算得出的归一化电荷与电位的关系图。开路电压（OCV）以红色方块标注，文中提及的不同区域也在图中标识出来。电荷已归一化为最大值。
 
 
Fig 2. 在循环伏安法测试过程中，对处于20 mM氯化锂（LiCl）高浓度水系电解液中的Ti3C2Tx进行原位测量：a) 面内电阻；b) 厚度；c) 质量通量。黑色方块表示完全脱锂状态，作为分析的起始点。d) 通过电化学石英晶体微天平（EQCM - A）获得的归一化电流（左纵轴）和归一化质量通量（右纵轴）与电位的关系（与图c所示结果相关）。e) 通过EQCM - A摩尔质量计算获得的溶剂化程度与电位的关系（与图c所示结果相关）。
 
 

Fig 3. a) 在面内电阻测量池中，对独立的Ti3C2Tx薄膜在1 M 氯化锂（LiCl）溶液中以10 mV s⁻¹ 的扫描速率进行循环伏安测试。电流已归一化为绝对最大阴极电流值。b) 根据图a中所示循环伏安曲线计算得出的归一化电荷与电势关系图。电荷已归一化为最大值。
 
 
Fig 4. 在循环伏安法过程中，对Ti3C2Tx在1 M 氯化锂（LiCl）水系盐电解质中的以下参数进行原位测量：a) 面内电阻b) 厚度c) 质量通量。
 
        相关研究工作由法国图卢兹第三大学（保罗・萨巴蒂埃大学）Patrice Simon/ Pierre-Louis Taberna、美国宾夕法尼亚州费城德雷塞尔大学Yury Gogotsi团队于2025年联合在线发表在《Adv. Energy Mater.》期刊上，Operando Tracking of Resistance, Thickness, and Mass of Ti3C2Tx MXene in Water-in-Salt Electrolyte. 原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202405028

摘自《石墨烯研究》公众号