都灵理工大学科学应用与技术学院Marco Reina等–用MXene和氧化锰修饰激光诱导石墨烯制备杂化超级电容器

在过去的几年里，物联网已经成为一个重要的技术、社会和经济话题。其中一个主要影响是小型储能设备对能量和功率密度的高需求。在该领域，激光诱导石墨烯(LIG)已成为制造柔性微型超级电容器的一种很有发展前景的材料。这种材料的性能局限性在于其有限的表面积和相对较低的导电性。在这项工作中，我们通过电泳修饰其表面来提高LIG超级电容器的性能:一个电极将用金属氮化物和金属碳化物(MXenes)修饰，另一个电极用氧化锰修饰。这两种材料具有可观的电导率和赝电容。在两个电极上分别进行了电化学测量。充电平衡后，将设备密封在袋中进行测试。

图1. (a) Ti₃AIC₂ MAX相前驱体(黑色曲线)和Ti₃C₂T_x, MXenes(红色曲线)的XRD谱图;(b) Ti₃C₂T_x的TEM显微照片，薄片具有相应的SAED图案(插图)。

图2. FESEM上不同倍率的显微图。LIG图像在左列。中间一列为MnO₂修饰的LIG，最后一列为MXene修饰的LIG。在100微米尺度(a、b、c)、5微米尺度(d、e、f)和1微米尺度(g-i)下进行比较。

图3. (a) Mn2p的XPS HR光谱和(b) Mn3s双峰的XPS HR光谱。(c)沉积在LIG载体上的氧化锰的拉曼光谱(和相对拟合)。(d)锰电沉积修饰LIG的XRD图谱(及相对拟合)。

图4. 两个电极的电化学测量。(a) EIS介乎10 MHz至1 MHz。(b) 5 mV s ^-1下的循环伏安法。

图5. 装置的电化学测量。(a) OCV-340 mV，频率[10 m;1M]Hz的EIS;(b) 5 mV s^-1电压窗(1.6 V)下的循环伏安法 (c)不同循环充放电计算的库仑效率和电容保持率。(d)不同电流密度下的充放电库仑效率。(e) CCCD期间的电压分布为0.5 mA/cm²、1 mA/cm²、2 mA/cm²、5 mA/cm²、10 mA/cm²。(f)CCCD期间的电容计算。

图6. 将该装置的Ragone图与当前技术水平进行比较。

相关研究成果由都灵理工大学科学应用与技术学院Marco Reina等人于2023年发表在Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.143163 )上。原文：Decoration of laser induced graphene with MXene and manganese oxide for fabrication of a hybrid supercapacitor