(a) La finestra di stabilità elettrochimica dell'elettrolita acquoso LiCl ad alta concentrazione si espande a ~ 2,7 V. (b) La finestra di tensione dell'elettrodo MXene nell'elettrolita acquoso LiCl ad alta concentrazione è ampliata a 1,8 V. (c) Istantanee delle traiettorie di equilibrio di elettrolita acquoso LiCl ad alta concentrazione. (d) Profili di scarica galvanostatici di micro-supercondensatori planari MXene con diversi spessori di microelettrodi. (e) Curve voltammetriche cicliche di micro-supercondensatori planari MXene a diverse temperature. (f) Immagini ottiche della lettera “DICP”, costituite da luci a LED, illuminate da micro-supercondensatori planari MXene collegati in serie in stati di flessione indossabili. Credito:Yuanyuan Zhu e Shuanghao Zheng. Credito:Science China Press
Un recente studio condotto dal Prof. Zhong-Shuai Wu (Istituto Dalian di Fisica Chimica (DICP) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS)) e dal Prof. Hui-Ming Cheng (Istituto di Ricerca sui Metalli del CAS) e pubblicato in Rassegna di scienze nazionali esamina microsupercondensatori planari MXene acquosi.
Gli MXenes, una famiglia di carburi e nitruri di metalli di transizione 2D con oltre 30 specie, stanno emergendo come materiali per elettrodi ad alte prestazioni. Tuttavia, un elettrodo MXene si ossida facilmente ad alto potenziale anodico negli elettroliti acquosi e la sua tensione operativa è normalmente limitata dalla finestra di stabilità termodinamica elettrochimica dell'acqua, risultando così in piccole tensioni operative solitamente inferiori a 0,6 V, che limita notevolmente la densità di energia di MSC a base di MXene (MXene-MSC).
Inoltre, gli elettroliti acquosi si congelano facilmente a temperature inferiori allo zero, portando a un forte calo della conduttività ionica. Mentre, alle alte temperature, la struttura degli elettroliti acquosi è così instabile che è difficile trattenere le molecole d'acqua interne a causa della volatilità. Pertanto, è ancora una grande sfida sviluppare elettroliti acquosi con alta tensione e ampio intervallo di temperatura.
"Abbiamo sviluppato un elettrolita acquoso LiCl a basso costo, rispettoso dell'ambiente e ad alta concentrazione per regolare la cinetica di reazione di MXene (Ti3 C2 Tx ) elettrodo ed elettrolita, che non solo hanno ampliato la tensione di funzionamento degli MXene-MSC inibendo l'ossidazione ad alto potenziale, ma hanno anche aumentato l'intervallo di temperatura a causa di un basso punto di congelamento", ha affermato il prof. Wu.
Gli MXene-MSC acquosi planari simmetrici assemblati con l'elettrolita sopra menzionato hanno raggiunto una tensione operativa fino a 1,6 V e una densità di energia fino a 31,7 mWh cm -3 a temperatura ambiente.
Il basso punto di congelamento (-57 ° C) dell'elettrolita gel LiCl ad alta concentrazione ha anche consentito agli MXene-MSC di funzionare in modo stabile in un ampio intervallo di temperature (da -40 ° C a 60 ° C). La scalabilità e la flessibilità degli MXene-MSC ne facilita l'integrazione nella microelettronica indossabile. + Esplora ulteriormente
