Synthesis, Properties, and Applications of MXenes and their Composites for Electrical Energy Storage

MXenes公司 材料科学 超级电容器 氮化物 储能 碳化物 纳米技术 复合材料 电化学 图层(电子) 化学 电极 量子力学 物理 物理化学 功率(物理)
作者
Wenchao Bi,Guohua Gao,Chao Li,Guangming Wu,Guozhong Cao
出处
期刊:Progress in Materials Science [Elsevier]
卷期号:142: 101227-101227
标识
DOI:10.1016/j.pmatsci.2023.101227
摘要

MXenes, a new family of two-dimensional transition metal carbides, nitrides and carbonitrides, have emerged as promising materials for electrical energy storage (EES) systems due to the superior properties, such as high electronic conductivity, excellent mechanical capability, and hydrophily. These properties of MXenes are closely related to their structure and surface functional groups, and directly decided and readily tailored by means of synthesis methods applied. The properties of MXenes have a determining effect on the electrochemical performance of EES systems. This review begins with the intrinsic connections between properties and crystal structure, chemical composition and surface chemistry of MXenes as background. Then, the effects of latest synthesis on MXenes’ properties were systematically scrutinized, including the effects of precursors, processing parameters, the etching, delaminating, and compositing strategies of MXenes. Further focus is then turned to the state-of-the-art progress of MXenes and their composites acting as cathodes, anodes, current collectors, electrolyte additives, and conductive binder in supercapacitors, monovalent (Li+, Na+, K+, and halogen anion) ion batteries, and multivalent (Zn2+, Mg2+, Ca2+, and Al3+) ion batteries. The synthesis-property-application relationships in MXenes for desired EES devices are highlighted. Finally, the critical challenges and perspectives are discussed for the future development of MXenes in advanced supercapacitors and rechargeable batteries. [Key words] MXenes; MXene composites; supercapacitors; secondary batteries; electrical energy storage.
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