ESM：MXene低温赝电容

MXene是比石墨烯还火的二维明星材料，身为先进的MXene制造商，北科纳米推出特惠活动，mxene等材料九折起，同时北科纳米推出新介孔材料产品，更多优惠价格，等你来秒杀！

近年来，超级电容器因其较高的功率密度与更长的使用寿命（与锂离子电池相比）而得到了广泛的关注。目前，绝大多数的关于储能器件的研究都聚焦于室温条件下的性能的提升上，但忽略了在低温条件下严重的性能衰减。实际上，许多储能器件不得不在环境温度低于-10℃的条件下工作，尤其是在冬季时使用的一些传感器等。一些极端条件甚至要求储能器件在低于-40℃的条件下工作，因此，使储能器件在户外低温条件下保持良好的性能是十分重要的。

最近的一些工作报道了赝电容器的低温性能可以通过减小颗粒的尺寸，增加离子可接触表面积以及最小化固态扩散限制进行有效地改进。因此，如果颗粒尺寸足够小（如两点和单层二维（2D）材料），氧化还原反应可以只在活性材料表面发生。最近，2D过渡金属碳化物或氮化物（MXenes）因其高电子导电性与体积容量在电化学储能领域得到了广泛的关注。虽然MXene基超级电容器可以兼具高比容量与倍率性能，但在低温条件下这些性能还没有被探究。

最近，江苏大学丁建宁教授与美国德雷塞尔大学Yury Gogotsi教授合作在国际高水平学术期刊 Energy Storage Materials上发表题目为：Low-Temperature Pseudocapacitive Energy Storage in Ti₃C₂T_x MXene的研究论文，探究了Ti₃C₂T_xMXene电极的低温性能。为避免使用可能产生不利影响的防冻剂，将凝固点约为-70℃的高浓度硫酸作为电解液进行探究。

图1. MXene膜的制备过程。

图2. Ti₃C₂T_xMXene的微观形貌表征与XRD图谱。

图3. Ti₃C₂T_xMXene膜的电化学性能测试。

图4. 浓度对硫酸溶液凝固点的影响；40 wt%硫酸溶液在不同温度下导电性与黏性。

图5. Ti₃C₂T_xMXene膜在不同温度条件下的电化学性能测试。

本文测试了柔性Ti₃C₂T_xMXene膜作为赝电容材料在40 wt. %的硫酸电解液中，在20到-60℃的温度范围下进行测试。通过在Ti₃C₂T_x膜电极预插层水分子，用于快速离子传输的2D通道在MXene层间形成。这种结构可以促进离子的传输并促进MXene表面的使用。得益于2D Ti₃C₂T_x的氧化还原容量，离子可及的电极结构以及质子电解液的高导电性，可以在扩展的温度范围内实现高容量，高倍率性能以及长循环寿命，在-50℃的条件下，在5 mV s^-1的扫描速率下，可以具有较高的质量比容量（88 mAh g-1）和体积比容量（304 mAh cm^-3），与在20℃条件下测试的结果很接近。此外，在超低的温度下容量损失甚至比在20℃条件下还低，在-60℃条件下进行20,000次循环后容量损失仅为7%。