Acidic “Water-in-Salt” Electrolyte Enables a High-Energy Symmetric Supercapacitor Based on Titanium Carbide MXene

材料科学 超级电容器 电解质 碳化钛 盐(化学) MXenes公司 化学工程 碳化物 无机化学 电化学 纳米技术 冶金 电极 有机化学 工程类 物理化学 化学
作者
Chengzhi Yuan,Chaofan Chen,Zhiwei Yang,Jiaji Cheng,Ji Weng,Shuhui Tan,Renzhong Hou,Tao Cao,Zeguo Tang,Wei Chen,Baomin Xu,Xuehang Wang,Jun Tang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (41): 55189-55197 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.4c08094
摘要

Titanium carbide MXene, Ti3C2Tx, exhibits ultrahigh capacitance in acidic electrolytes at negative potentials yet poor stability at positive potentials, resulting in low-energy densities for Ti3C2Tx-based symmetric supercapacitors. Utilizing "water-in-salt" electrolytes has successfully expanded the stable operation potential window of MXenes. However, this advancement comes at the cost of sacrificing their high capacitance in acidic electrolytes. In this work, we report an acidic "water-in-salt" (AWIS) electrolyte composed of sulfuric acid and saturated lithium halide, which effectively doubled the energy density of the Ti3C2Tx-based symmetric supercapacitor compared to those with bare acidic electrolytes. Specifically, the AWIS electrolyte successfully expanded the voltage window of the symmetric device to 1.1 V. A high specific capacitance of 112.34 F g-1 (at 10 mV s-1) was obtained due to the presence of proton redox. As a result, the symmetric device achieved a high-energy density of 19.1 Wh kg-1 and a high capacitance retention of 96.3% after 10,000 cycles. This work demonstrates the importance of designing stable and redox-active electrolytes for high-energy MXene-based symmetric supercapacitors.
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