锂电池平替!港城市团队运用无机导电浆料制备高功率高存储的超级电容器

发布时间:2022-08-31 09:58:22 来源:欧宝平台版

  3月21日, Nano Research Energy 创刊主编,香港城市大学支春义教授团队宣布了一项新研讨,报导了

  超级电容器因其具有大功率密度和长运用寿命(额外容量情况下的充放电次数) ,眼下成为抱负的锂电池替代品。超级电容器就好比是电池(高能量贮存)和惯例电容器(高放电功率)的杂交产品。超级电容器能够在很小的空间里贮存很多能量,并以高电流的方式开释出来。其间一个抢手运用场景是,它们能够为可穿戴电子设备等微型设备供电。但是,当超级电容器用有机分子做导电浆料时,超级电容器却有起火的危险。

  MXene是一种二维无机化合物,其大分子表面积的储能特性,使其一起具有超高的电导率和储能才能。香港城市大学支春义教授团队的新研讨,则尝试用无机MXene分子制作超级电容器,下降火灾危险,并用钾替代贵重的锂,下降了制作本钱。钾离子是促进电流流入电池进程中最常用的电解液之一。

  论文作者梁国进表明:“咱们运用安全的水基电解质研讨水基超级电容器,并将研讨要点放在钾离子存储器上,其价格低廉,储量也愈加丰厚,有利于进步安全性,并在推广运用中下降本钱。”

  MXenes化合物由几个原子厚的过渡金属层组成,包含金属碳化物、氮化物或碳氮化物等。其电功用具有使高效电子传输穿过导电金属碳化物层的特性,还有一层用于氧化复原(电子搬运)反响的金属表面。

  三种典型的MXene电极:Nb 2 C、Ti 2 C和Ti 3 C 2 为此次的研讨方针,方针在于探究其在水钾离子存储中的电化学行为,它们具有赝电容为主的电化学行为、快速动力学进程和耐久的循环安稳性 参考文献[2]

  依据挑选的Mxene品种不同,该研讨针对Mxene三个方面的功用作了比较。一起作者李新亮解释道:“经过对三种具有代表性的MXene钾离子贮存功用展开横向比较,咱们期望澄清处其内部结构和钾离子贮存功用之间的联系。”

  研讨团队的研讨内容包含三种MXene电极和电导体——Nb 2 C、Ti 2 C和Ti 3 C 2 的电化学行为,包含钾离子怎么刺进MXene层,以及离子怎么附着在金属表面。

  研讨人员对超级电容器的存储机制、容量、速率功用和循环功用进行了评价。选用Nb 2 C MXene的钾离子电容器功用最好,其最高功率密度(放电量)为2336 W/kg,最高能量密度(贮存量)为24.6 Wh/kg。锂电池具有比电容器更高的能量密度,但其功率密度仅为250-340 W/kg。因而,带有MXene 的钾离子电容器能够更快地放电。运用 Nb 2 C MXene 的电容器在3万次5安培/克的放电循环后简直坚持了最大容量(94.6%);相比之下,锂电池的循环次数估计只要500次左右。

  试验成果证明,一切的MXene资料都表现出超级电容器特性,无论是快速动力学行为的方面,仍是在耐久的钾离子贮存功用方面——总之比其他钾离子主体资料表现出更好的功用。这些成果来源于MXene在捕获和开释钾离子时的安稳结构。梁国进解释道:“这可能是因为钾离子传输的层间间隔自身就很大,以及MXene具有极好的结构安稳性,即便是阅历了长时间的钾化/脱钾进程,仍旧能坚持安稳。”

  虽然现在只研讨了三种MXene电极,但其它MXene化合物作为水溶性钾离子电极的潜力也很大。研讨人员期望他们的发现将“进一步引起人们重视其他有广泛远景的经用型钾离子存储MXene电极。”

  研讨人员方案持续深入展开MXene电极试验研讨,以进步实践运用的功用。“关于钾离子电容器,咱们期望修正和操作MXene电极品种,以取得更高的能量密度。”支春义教授弥补道。功用优秀、安全性更高、本钱更低,根据这些长处,研讨团队期望研讨MXene电极能助力改善可穿戴电子设备和其他迷你电源设备的钾离子电容器。

  通讯作者Zhi Chunyi(支春义,教授):香港城市大学资料科学与工程系,香港城市大学功用光子研讨中心



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