MXene基超级电容器的自放电行为

【研究背景】

作为重要的电化学能量存储/转换设备，当需要高功率输出或快速能量收集时，超级电容器有望成为可充电电池的替代品。众所周知，超级电容器的性能高度依赖于关键电极材料的固有特性。MXene已被证明是一种用于超级电容器的有前途的电极材料。它显示出极其丰富的电化学活性位点，这些活性位点源自具有不同化合价态的过渡金属的快速变化以及表面官能团的快速氧化还原反应。在过去的8年，在实现高体积电容（1500F cm^-3），超高倍率性能，快速的频率响应（0.12ms，120Hz），作为MXene基的超级电容器的能量存储机制。但是，自放电行为及其机理在MXene基超级电容器中中仍然是一个尚待解决的问题。

【成果简介】

最近，西南交通大学Haitao Zhang和Weiqing Yang教授课题组在国际知名学术期刊ACS Nano上发表一篇题目为：Unraveling and Regulating Self-Discharge Behavior of Ti₃C₂T_x MXene-Based Supercapacitors的研究论文，该研究通过实验和理论计算证明了Ti₃C₂T_xMXene基超级电容器的自放电机理源于混合电势驱动过程。实验上，针对慢速自放电过程，提出了一种提高键合离子比例的界面化学工程策略。

【图文导读】

图1. Ti₃C₂T_x MXene基超级电容器的自放电效应的揭示和调节

图2.Ti₃C₂T_x MXene基超级电容器的自放电性能

图3. a - MXene和t -MXene独立膜的形态演变和组成

图4. Ti的X射线吸收精细结构

图5. MXene结构的DFT计算

【本文总结】

本文提出了紧密结合和松散结合离子模型相关的混合电位驱动过程，以阐明Ti₃C₂T_xMXene基超级电容器的自放电机理。为此采用了化学界面定制的策略来增强紧密键合的离子，从而有效地调节自放电过程。其结果是，与a-MXene相比，含高氟元素的Ti₃C₂T_x t-MXene(～0.65 atom%)的自放电速率降低了约20%(～8.09 atom%)。XAFS和XPS结果表明，Ti₃C₂T_x t-MXene的自放电行为的改善应归因于平均氧化态的降低。在理论上，DFT结果充分揭示了电极与电解质离子之间吸附能的增加是自放电性能显著提高的原因。因此，这项工作不仅为定制Ti₃C₂T_x MXene的自放电过程提供了一个开放的策略，而且对自放电机制有了更深入的了解。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c01056

信息来源： MXene Frontier