Two‐Dimensional Titanium Carbide MXene as a Capacitor‐Type Electrode for Rechargeable Aqueous Li‐Ion and Na‐Ion Capacitor Batteries

超级电容器 材料科学 电容 电容器 电解质 电极 电池(电) 电化学 光电子学 化学工程 化学 电气工程 电压 工程类 量子力学 物理 物理化学 功率(物理)
作者
Kai Zhu,Hongyu Zhang,Ke Ye,Wenbin Zhao,Jun Yan,Kui Cheng,Guiling Wang,Baofeng Yang,Dianxue Cao
出处
期刊:ChemElectroChem [Wiley]
卷期号:4 (11): 3018-3025 被引量:66
标识
DOI:10.1002/celc.201700523
摘要

Abstract To bridge the gap of the alkali‐metal‐ion (Li or Na) batteries and supercapacitors, hybrid devices called capacitor batteries are being designed, which are adaptive for large‐scale energy‐storage systems. Two‐dimensional transition‐metal carbide materials (MXene) with high electronic conductivities have become capable electrode materials for supercapacitors. Herein, Ti 3 C 2 T x synthesized by selectively etching the Al layer from the Ti 3 AlC 2 presents a remarkable electrochemical performance as an electrode material for the supercapacitor with Li 2 SO 4 or Na 2 SO 4 aqueous electrolyte. It displays a capacitance of 243 F g −1 at a low current density of 100 mA g −1 with a capacitance retention of 95 % in the Li 2 SO 4 electrolyte, and a capacitance of 150 F g −1 at a low current density of 200 mA g −1 with a capacitance retention of 95 % in the Na 2 SO 4 electrolyte, which shows its potential application for capacitor batteries. Moreover, the LiMn 2 O 4 //Ti 3 C 2 T x Li‐ion capacitor battery and MnO 2 //Ti 3 C 2 T x Na‐ion capacitor battery are designed and assembled for the first time. Such rechargeable aqueous capacitor batteries display capable capacities, remarkable rate abilities, and excellent cycling performances, which further demonstrates that Ti 3 C 2 T x is an outstanding capacitor‐type electrode material for capacitor batteries.

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