聊聊高性能锰水凝胶超级电容器电极的多尺度结构工程策略

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西虹网 西虹网　　一、文章概述
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西虹网 西虹网　　MXenes作为一种新兴的二维(2D)材料，已经引起了人们对超级电容器等电化学储能系统的极大兴趣。然而，二维MXene薄片在自组装为电极时，本质上倾向于平躺在衬底上，导致与集电器正交的离子路径高度曲折，阻碍了离子的可及性。本文提出了一种简便的多尺度结构工程制备高性能MXene水凝胶超级电容器电极的策略。通过对MXene浆液进行单向冷冻，然后在硫酸电解质中设计解冻过程，水凝胶电极具有三维（三维）开放的宏观结构，浸渍了足够的电解质和H+插入的微结构，为离子存储提供了丰富的活性位点。同时，有序通道带来了电极离子和电子传递途径，促进电解质渗透和电解质与电极之间的质量交换。此外，该策略还可扩展到制造3d打印的全mxene微型超级电容器(MSC)，在1.2mAcm-2时提供2.0Fcm-2的超高面积电容，在60mAcm-2时保持1.2Fcm-2，以及创纪录的能量密度(在0.38mWcm-2时保持0.1mWhcm-2)。电力电容器https://www.cookekolb.com/库克库伯电气(上海)有限公司30余年专注无功补偿及谐波治理等电能质量问题。在电力电容器,滤波电容器,自愈式电力电容器,滤波电抗器等产品上有专业的技术和优质的客户服务。
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西虹网 西虹网　　二、图文导读
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西虹网 西虹网　　图1。在硫酸中结合单向冻融制备MXene水凝胶超级电容器电极的多尺度结构工程策略(MSES)示意图。
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西虹网 西虹网　　图2.a)Ti3C2TxMXene薄片的AFM图像。b)根据透射电镜图像统计MXene薄片的薄片大小。c)有序MXene水凝胶的顶视图扫描电镜图像。e)MXene水凝胶和气凝胶的水接触角。f)XRD图和g)h2so4解冻的MXene水凝胶、H2SO4浸入气凝胶和冻干气凝胶的扩增图。
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西虹网 西虹网　　图3.a)CV曲线和b)有序MXene水凝胶在不同扫描速率和电流密度下的GCD曲线。c)有序MXene水凝胶的循环性能。插图：10000?次循环（100mV-1）前后的CV曲线的比较。分别比较d)CV曲线(100mV-1)、e)速率性能和f)有序水凝胶、无序水凝胶、H2SO4浸没的气凝胶和过滤后的MXene膜的EIS值。
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西虹网 西虹网　　图4.a)通过MSES进行3d打印的全MXeneMSC的制造工艺。b)MXene泥浆的数码照片。c）MXene油墨的剪切稀释行为（不同剪切速率下的应力和粘度）。d)MXene墨水的振荡测量值(1Hz)，从0.1%扫描到500%，然后恢复到0.1%的应变。e、f)3d打印的MXeneMSC的照片，比例尺为1cm。g)MXene水凝胶间充质干细胞的顶视图扫描电镜图像。
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西虹网 西虹网　　图5.a)在不同扫描速率和电流密度下，b)3d打印MXeneMSC的CV曲线和GCD谱。c)MXene水凝胶MSC的速率性能。d)MXene水凝胶MSC的循环性能。插图：10 000?次循环（100mV-1）前后的CV曲线的比较。e)MSC在循环试验前后的EIS。f)通过MSES将3d打印的MXeneMSC的Ragone图与其他报道的值进行比较。
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西虹网 西虹网　　三、全文总结
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西虹网 西虹网　　总之，提出了一种采用多尺度结构工程技术制备MXene水凝胶超级电容器电极的策略。单向冻结使大型MXene薄片能够组装成一个具有垂直对齐通道的分层结构。通过随后在硫酸中解冻，无需进一步干燥，就能获得具有质子插入微结构的独立MXene水凝胶电极，而有序的结构可以保持完整。与直接冻干的MXene气凝胶和紧凑堆叠的MXene薄膜相比，所制备的有序MXene水凝胶是最佳电极，具有高电容（5mV-1时为393Fg-1）和优异的速率能力（1000mV-1时为198Fg-1）。这些改进得益于垂直排列的MXenes结构和MXene层之间质子插入导致的层间间距的增加，协同改善了电解质离子的扩散和传输，增加了离子可用的表面积。此外，当将该方法扩展到3d打印MXeneMSC的制造时，电极也代表蜂窝状室结构，在1.2mAcm-2时提供2.0F2cm-2的超高面积电容，在60mAcm-2时保持1.2Fcm-2，以及创纪录的能量密度(0.38mWcm-2为0.1mWhcm-2)。该策略采用从微观到宏观多尺度的集成电极结构设计，证明了其在储能领域的高能量密度优点，可以创新传统超级电容器的逐层堆叠制造工艺。
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西虹网 西虹网　　https://doi.org/10.1002/advs.202101664
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