ACS Nano:應用于商用級電容式儲能裝置的黑磷@Ti3C2Tx復合材料的設計
一、文章概述
電解液可接近多孔但密集的MXene復合電極具有高離子可及表面和快速離子傳輸速率，在高體積性能超級電容器方面顯示出非凡的前景。但它們在很大程度上受到速率能力不足和電化學循環能力差的限制，這與多孔網絡結構的機械魯棒性的不穩定性有關。利用化學鍵設計，將BP納米顆粒在破碎的MXene薄片上原位生長，成功制備了三維多孔網絡結構的黑磷(BP)@MXene致密薄膜。在BP−MXene界面上形成的強界面相互作用(Ti−O−P鍵)不僅增強了BP−MXene異質結構中的原子電荷極化，導致有效的界面電子傳輸，但也穩定了三維多孔但致密的結構，大大提高了機械魯棒性。因此，使用BP@MXene復合薄膜的實際封裝提供了72.6WhL−1，接近鉛酸電池，以及長期穩定性。這種高密度的實現彌合了傳統電池和SCs之間的差距，代表了在設計緊湊型電極到商用級電容式能量存儲方面的及時突破。
二、圖文導讀
圖1.BP@MXene(BP@Ti3C2)復合材料的合成示意圖。
圖2.材料的結構表征圖。
圖3.材料的電化學表征圖。
圖4.基于BP@MXene薄膜電極的電磁電解質中SCs的電化學表征。
三、全文總結
綜上所述，作者研究了合理設計BP@MXene緊湊的三維多孔網絡結構的薄膜，在高溫熱處理下，通過BP納米顆粒在折疊的MXene薄片上進行原位生長，從而產生了在高質量載荷下商業水平的電容儲能。緊湊薄膜形態中的三維網絡為電解質離子提供了所需的多孔結構運輸和吸收，同時由于BP納米顆粒和MXene之間形成的強Ti−O−P鍵而增加了穩定性，利用化學鍵合設計，由鋼、XPS和XANES證實。實現文中所展示的商業級儲能是朝著其實際應用邁出的重要一步。在一個致密的薄膜電極中，一個電解質可接近的多孔但致密的網絡的合理設計策略的概念也可以擴展到其他二維混合納米材料系統。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01817
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