西安交大等《Small》：大尺寸薄片的柔性Ti3C2Tx /石墨烯薄膜，用于超级电容器

1、成果简介

新型2DTi3C2Tx MXene材料在超级电容器领域得到了广泛的研究。但是，由于Ti3C2Tx膜的紧密自堆叠现象，电化学性能受到了损害。因此，本文，西安交通大学Tiezhu Guo （第一作者）与周迪教授等研究人员在《Small》期刊发表名为“Flexible Ti3C2Tx/Graphene Films with Large‐Sized Flakes for Supercapacitors”的论文，研究合成的柔性自支撑Ti 3 C 2 T x /石墨烯复合膜可有效缓解这一固有缺点。

与传统的还原氧化石墨烯不同，通过无水氯化铁（FeCl3）插层天然石墨片，合成了结构完整、尺寸大的石墨烯片; 利用石墨烯和ti3c2tx纳米片制备的复合膜具有较高的电子转移能力，由于其孔隙率和比表面积的增加，复合膜的缺陷减少，电解质离子传输动力学加快。组装后的自支撑无粘结剂对称超级电容器在75 W kg -1的功率密度下显示出13.1 Wh kg -1的超高重量能量密度。本文为抑制MXene自堆积的机理分析提供了新的视角。

2、图文导读

图1、石墨烯和MXene的合成与表征

图2、a）Ti 3 C 2 T x和b）M / G-10的俯视SEM图像。c）Ti 3 C 2 T x和d）M / G-10的横截面SEM图像。e，f）M / G-10的相应的能量色散X射线（EDS）映射图像（图像d中红色标记的区域）。g）Ti 3 C 2 T x和h）M / G-10膜的水接触角。i）低布拉格角的Ti 3 C 2 T x膜和Ti 3 C 2 T x /石墨烯膜的XRD图。

图3、a）在3 m H 2 SO 4电解质中，扫描速率为50 mV s -1时 ，Ti 3 C 2 T x和MXene /石墨烯薄膜的CV曲线。b）M / G-10电极在不同扫描速率下的CV曲线。c）在不同电流密度下，M / G-10的恒电流充放电曲线。d）在不同扫描速率下Ti 3 C 2 T x和MXene /石墨烯薄膜的重量和e）面电容。f）C ”与频率之间的关系。

图4、a）M / G-10电极在不同电压下电流与10到200 mV s -1的扫描速率之间的关系。b）在10 mV s -1时M / G-10电极表面电容与总电容之比的CV曲线。c）在10 mV s -1下，Ti 3 C 2 T x和M / G-10电极的表面控制电容和扩散控制电容贡献。

图5、a）基于M / G-10的对称超级电容器在不同扫描速率下的CV曲线。b）Ti 3 C 2 T x和基于M / G-10的对称超级电容器在不同扫描速率下的比重。c）Ti 3 C 2 T x和基于M / G-10的对称超级电容器的重量能量和功率密度的Ragone图。d）基于M / G-10的对称超级电容器在5 A g -1下进行的10000次循环的循环稳定性和库伦效率。

3、小结

总之，开发了一种简便的方法，通过使用大尺寸薄片Ti 3 C 2 T x和石墨烯纳米片来制备柔性的自支撑Ti 3 C 2 T x /石墨烯复合膜。这项工作为抑制MXene自堆积的机理分析提供了新的视角。

链接：https://doi.org/10.1002/sstr.202100015

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