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西安交大科研人員在電化學儲能領域取得重要進展

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發布日期:2018-11-12 作者: 點擊:

深圳彩票投注站网上申请 www.zpuhxs.com.cn 作為一種高性能、低成本、環境友好的儲能器件,超級電容器由于其高功率密度、快速充放電能力、優異的可逆性和超長循環壽命等優點,成為科學研究的熱點之一。現今,越來越多的電子設備聚焦物理尺寸的小型化、微型化、柔性化,為此,開發一種新的大密度、高體積、高能量、高密度的柔性電極材料迫在眉睫。

而新的二維納米材料MXenes單層或少數幾層就可擁有上述諸多優點。MXenes是一種過渡金屬碳化物或氮化物,通常利用HF(或HCl和LiF)選擇性刻蝕MAX陶瓷粉體中A元素來獲得,A代表IIIA或者IVA元素,M是早期過渡金屬,X代表碳或/和氮。由于MXenes的層狀結構、大的密度和比表面積、高的導電性和潤濕性、及相對好的化學穩定性,因而被廣泛應用于離子電池、超級電容器、電催化、傳感器等領域。通過剝離團聚的納米片、調控表明官能團、引入雜原子三種方法均能提升風琴狀Ti3C2的電化學性能。

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非原位氮摻雜Ti3C2柔性電極的儲能原理、電化學性能及其器件性能圖

近日,西安交通大學闕文修教授課題組通過簡單可控的非原位溶劑熱方法成功合成了一種柔性、自支撐、致密的氮摻雜Ti3C2膜電極材料,并組裝成對稱超級電容器。相比原位摻雜氮元素,非原位溶劑熱法不僅能獲得超高的體積容量,而且對氮摻雜Ti3C2膜的成膜性幾乎沒影響。同時,柔性電極的高密度和優異質量容量使其體積容量突破記錄,即其電容性能在5mVs-1時超過2800Fcm?3,這在目前已報道的MXenes基材料中性能最高,且擁有優異的循環壽命。組裝成對稱超級電容器同樣擁有令人興奮的體積能量密度(76WhL?1)和功率密度(31 112 W L?1),這些與報道的MXenes、含氮碳基材料對稱超級電容器相比性能更加優異。因此,采用非原位氮摻雜法對剝離的Ti3C2納米片進行改善的簡單方法,可以為其它MXenes體系的開發提供新的機會,也將為電化學能儲器件如電化學電容器、各種離子電池等,體積性能的改進提供一種可能。

上述研究成果以“Flexible Nitrogen-Doped 2D Titanium Carbides (MXene) Films Constructed by an Ex Situ Solvothermal Method with Extraordinary Volumetric Capacitance”為題發表在國際頂級期刊Advanced Energy Materials(IF=21.875)上。西安交通大學電信學院博士生楊晨輝為本文第一作者,闕文修教授為本文的唯一通訊作者,西安交通大學為本文的唯一署名單位。該研究工作是闕文修教授課題組在電化學儲能領域多項研究成果發表在Advanced Functional Materials,Journal of Materials Chemistry A,Journal of Power Sources等國際著名期刊后的又一突破性成果。該研究得到國家自然科學基金面上項目、陜西省國際科技合作項目、和國家111計劃項目經費的支持。


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