Microsupercondensadores planos MXene acuosos de alto voltaje y temperatura amplia

(Noticias de Nanowerk) Este estudio (Revista Nacional de Ciencias«Regulación cinética de MXene con electrolito de agua en LiCl para microsupercondensadores de alto voltaje») está dirigido por el profesor Zhong-Shuai Wu (Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China (CAS)). y Prof. Hui-Ming Cheng (Instituto de Investigación de Metales de CAS).

MXenes, una familia de carburos y nitruros de metales de transición 2D con más de 30 especies, están emergiendo como materiales de electrodos de alto rendimiento.

Sin embargo, el electrodo MXene se oxida fácilmente con un alto potencial de ánodo en electrolitos acuosos, y su voltaje de operación generalmente está limitado por la ventana de estabilidad termodinámica electroquímica del agua, lo que da como resultado voltajes de operación pequeños, generalmente menos de 0,6 V, lo que limita severamente la densidad de energía. de MSC basados ​​en MXene (MXene MSC). (a) La ventana de estabilidad electroquímica del electrolito de LiCl acuoso de alta concentración se extiende a ~ 2,7 V. (b) La ventana de voltaje del electrodo MXene en electrolito de LiCl acuoso de alta concentración se extiende a 1,8 V. ( c ) Instantáneas de curvas de equilibrio de electrolito de LiCl acuoso altamente concentrado. ( d ) Perfiles galvanostáticos de carga y descarga de microsupercondensadores planos MXene con diferentes espesores de microelectrodos. ( e ) Curvas de voltamperometría cíclica de microsupercondensadores planos MXene a diferentes temperaturas. ( f ) Imágenes ópticas de la letra «DICP» compuestas por luces LED iluminadas por microsupercondensadores planos MXene conectados en serie en estados portátiles curvos. Derechos de autor: Yuanyuan Zhu y Shuanghao Zheng. (≅ Prensa científica de China)

Además, a temperaturas bajo cero, los electrolitos acuosos se congelan fácilmente, lo que provoca una fuerte caída de la conductividad iónica. Mientras que a altas temperaturas la estructura de los electrolitos acuosos es tan inestable que es difícil retener moléculas de agua internas debido a la volatilidad.

Por lo tanto, sigue siendo un gran desafío desarrollar electrolitos acuosos con alto voltaje y amplio rango de temperatura.

«Hemos desarrollado un electrolito acuoso de LiCl altamente concentrado, ecológico y de bajo costo para mejorar la cinética de reacción de MXene (Ti3C2TX) electrodo y electrolito, que no solo amplió el voltaje operativo de MXene MSC al inhibir la oxidación de alto potencial, sino que también amplió el rango de temperatura debido a un bajo punto de congelación», dijo el profesor Wu.

Los MSC MXene acuosos planos simétricos así preparados con el electrolito anterior alcanzaron un voltaje operativo de hasta 1,6 V y una densidad de energía de hasta 31,7 mWh·cm-3 a temperatura ambiente.

El bajo punto de congelación (-57 °C) del electrolito de gel LiCl altamente concentrado también permitió que los MSC MXene funcionaran de manera estable en un amplio rango de temperatura (-40 °C a 60 °C). La escalabilidad y flexibilidad de MXene MSC hizo que fueran fáciles de integrar en la microelectrónica portátil.