近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)浥c中科院金屬研究所研究員王曉輝團(tuán)隊(duì)合作，采用二維金屬碳化物MXene為負(fù)極，碳納米管為正極，具有氧化還原活性的對(duì)苯二酚為正極電解液添加劑，構(gòu)建了氫離子“搖椅”式高比能超級(jí)電容器，相關(guān)成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)-納米》（ACS Nano）上。

　　MXene是一類二維金屬碳（氮）化物納米片，具有高體積比容量（1500F/cm³）和高質(zhì)量比容量（380F/g），是一種非常有前景的超級(jí)電容器電極材料。然而，目前報(bào)道的大部分是水系對(duì)稱型超級(jí)電容器，存在工作電壓窗口較窄（一般為0.6 V）的問題，導(dǎo)致獲得的能量密度較低。因此，為充分發(fā)揮MXene的高比容量的特點(diǎn)，急需發(fā)展高電壓超級(jí)電容器，以獲得高的能量密度。

　　最近，該研究團(tuán)隊(duì)使用Ti₃C₂T_x MXene為負(fù)極，碳納米管為正極，硫酸溶液和硫酸-對(duì)苯二酚混合液分別為負(fù)極和正極電解液，質(zhì)子選擇性透過的Nafion膜為隔膜，構(gòu)建了氫離子“搖椅”式非對(duì)稱超級(jí)電容器。在充放電過程中，吸附在碳納米管上的對(duì)苯二酚發(fā)生可逆的去質(zhì)子化和質(zhì)子化過程，為正極提供高贗電容；同時(shí)，伴隨著負(fù)極氫離子的插入和脫出，Ti₃C₂T_x中的鈦元素發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)。獲得的MXene基非對(duì)稱超級(jí)電容器不僅實(shí)現(xiàn)了氫離子在正負(fù)極之間可逆快速移動(dòng)，而且器件具有1.6V的高工作電壓和62Wh/kg的高能量密度，為目前已報(bào)道的水系MXene基超級(jí)電容器的最高值。該工作為MXene基非對(duì)稱、高比能超級(jí)電容器的構(gòu)建提供了新的思路。

　　上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。

MXene基高比能超級(jí)電容器研究獲進(jìn)展