Aqueous asymmetric pseudocapacitor featuring high areal energy and power using conjugated polyelectrolytes and Ti3C2Tx MXene

假电容器 聚电解质 水溶液 共轭体系 材料科学 纳米技术 化学 聚合物 超级电容器 电化学 有机化学 电极 物理化学 复合材料
作者
Benjamin Rui Peng Yip,Chaofan Chen,Yan Jiang,David Ohayon,Guillermo C. Bazan,Xuehang Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 7984-7984 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41467-025-63034-9
摘要

Despite the development of various pseudocapacitive materials, full-cell pseudocapacitors have yet to surpass the power density of conventional electric double layer capacitors, primarily due to the lack of high-rate positive pseudocapacitive materials. This work reports a solid-state conjugated polyelectrolyte that achieves high-rate charge storage as a positive electrode, facilitated by a co-ion desorption mechanism. The conjugated polyelectrolyte retains 70% of its capacitance at 100 A g-1 with a mass loading of 2.8 mg cm-2 and exhibits a long cycling life of 100,000 cycles in a Swagelok cell configuration. Increasing the electrode thickness fourfold has minimal impact on ion diffusivity and accessibility, yielding a high areal capacitance of 915 mF cm-2. When paired with a high-rate negative pseudocapacitive electrode Ti3C2Tx, the device leverages the redox-active potentials of both materials, achieving a device voltage of 1.5 V and supports operation rates up to 10 V s-1 or 50 A g-1. This configuration enables the pseudocapacitor to deliver an areal power of 160 mW cm-2, while significantly increasing the areal energy (up to 71 μWh cm-2). The high areal performance, combined with the additive-free and water-based fabrication process, makes pseudocapacitors promising for on-chip and wearable energy storage applications.
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