Aggregation‐Resistant 3D Ti3C2Tx MXene with Enhanced Kinetics for Potassium Ion Hybrid Capacitors

材料科学 阳极 堆积 氧化物 功率密度 化学工程 石墨烯 动力学 电容器 极化(电化学) 电流密度 介孔材料 电极 离子 纳米技术 催化作用 物理化学 热力学 有机化学 功率(物理) 电压 化学 冶金 工程类 物理 量子力学
作者
Yongzheng Fang,Rong Hu,Kai Zhu,Ke Ye,Jun Yan,Guiling Wang,Dianxue Cao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (50) 被引量:130
标识
DOI:10.1002/adfm.202005663
摘要

Abstract Potassium‐ion hybrid capacitors have attracted increasing attention due to good energy density, high power density, and low cost. Ti 3 C 2 T x ‐MXene is considered as a promising anode material for K ion storage. However, undesirable stacking issues decrease its exposed area and breeds sluggish K ion transport. Herein, a facile spray‐lyophilization strategy is proposed to construct stacking‐resistant Ti 3 C 2 T x with 3D structures. As‐prepared Ti 3 C 2 T x hollow spheres/tubes present stack resistance, a large specific surface area, and a short ion diffusion pathway. When serving as an anode material, it shows enhanced capacity and thickness‐independent rate performance compared to 2D Ti 3 C 2 T x . After 10 000 cycles, a specific capacity of 122 mAh g −1 is obtained at 1 A g −1 . Systematic kinetics analyses demonstrate the significance of concentration polarization on the electrode's rate ability. Furthermore, a 3D Ti 3 C 2 T x ‖hierarchical porous activated carbon (HPAC) K‐ion hybrid capacitor is assembled and displays remarkable energy and power densities with energy retention of 100% after 10 000 cycles at 1 A g −1 . Following this strategy, other 3D structures from nanosheets can also be obtained, such as 3D Ti 3 C 2 T x microtubes and graphene oxide nanoscrolls. This study provides a viable approach to solve the stacking issues of 2D nanosheets to promote the application of 2D materials.

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