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Modified MXene/Holey Graphene Films for Advanced Supercapacitor Electrodes with Superior Energy Storage
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2018-08-17 , DOI: 10.1002/advs.201800750 Zhimin Fan 1 , Youshan Wang 2 , Zhimin Xie 2 , Duola Wang 1 , Yin Yuan 1 , Hongjun Kang 1 , Benlong Su 3 , Zhongjun Cheng 4 , Yuyan Liu 1
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2018-08-17 , DOI: 10.1002/advs.201800750 Zhimin Fan 1 , Youshan Wang 2 , Zhimin Xie 2 , Duola Wang 1 , Yin Yuan 1 , Hongjun Kang 1 , Benlong Su 3 , Zhongjun Cheng 4 , Yuyan Liu 1
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MXene films are attractive for advanced supercapacitor electrodes requiring high volumetric energy density due to their high redox capacitance combined with extremely high packing density. However, the self‐restacking of MXene flakes unavoidably decreases the volumetric performance, mass loading, and rate capability. Herein, a simple strategy is developed to prepare a flexible and free‐standing modified MXene/holey graphene film by filtration of the alkalized MXene and holey graphene oxide dispersions, followed by a mild annealing treatment. After terminal groups (F/OH) are removed, the increased proportion of Ti atoms enables more pseudocapacitive reaction. Meanwhile, the embedded holey graphene effectively prevents the self‐restacking of MXene and forms a high nanopore connectivity network, which is able to immensely accelerate the ion transport and shorten transport pathways for both ion and electron. When applied as electrode materials for supercapacitors, it can deliver an ultrahigh volumetric capacitance (1445 F cm−3) at 2 mV s−1, excellent rate capability, and high mass loading. In addition, the assembled symmetric supercapacitor demonstrates a fantastic volumetric energy density (38.6 Wh L−1), which is the highest value reported for MXene‐based electrodes in aqueous electrolytes. This work opens a new avenue for the further exploration of MXene materials in energy storage devices.
中文翻译：
用于具有卓越储能功能的先进超级电容器电极的改性 MXene/多孔石墨烯薄膜
MXene 薄膜由于其高氧化还原电容和极高的堆积密度，对于需要高体积能量密度的先进超级电容器电极很有吸引力。然而，MXene 薄片的自重堆积不可避免地降低了体积性能、质量负载和倍率性能。在此，开发了一种简单的策略，通过过滤碱化 MXene 和多孔氧化石墨烯分散体，然后进行温和退火处理，制备柔性且独立的改性 MXene/多孔石墨烯薄膜。去除端基（ F / OH ）后，Ti原子比例的增加使得赝电容反应更加容易。同时，嵌入的多孔石墨烯有效地阻止了MXene的自重堆叠，并形成了高纳米孔连接网络，能够极大地加速离子传输并缩短离子和电子的传输路径。当用作超级电容器的电极材料时，它可以在2 mV s -1下提供超高的体积电容（1445 F cm -3 ）、优异的倍率性能和高质量负载。此外，组装的对称超级电容器表现出惊人的体积能量密度（38.6 Wh L -1 ），这是水性电解质中MXene基电极报道的最高值。这项工作为进一步探索 MXene 材料在储能设备中的应用开辟了新途径。
更新日期：2018-08-17
中文翻译：
用于具有卓越储能功能的先进超级电容器电极的改性 MXene/多孔石墨烯薄膜
MXene 薄膜由于其高氧化还原电容和极高的堆积密度，对于需要高体积能量密度的先进超级电容器电极很有吸引力。然而，MXene 薄片的自重堆积不可避免地降低了体积性能、质量负载和倍率性能。在此，开发了一种简单的策略，通过过滤碱化 MXene 和多孔氧化石墨烯分散体，然后进行温和退火处理，制备柔性且独立的改性 MXene/多孔石墨烯薄膜。去除端基（ F / OH ）后，Ti原子比例的增加使得赝电容反应更加容易。同时，嵌入的多孔石墨烯有效地阻止了MXene的自重堆叠，并形成了高纳米孔连接网络，能够极大地加速离子传输并缩短离子和电子的传输路径。当用作超级电容器的电极材料时，它可以在2 mV s -1下提供超高的体积电容（1445 F cm -3 ）、优异的倍率性能和高质量负载。此外，组装的对称超级电容器表现出惊人的体积能量密度（38.6 Wh L -1 ），这是水性电解质中MXene基电极报道的最高值。这项工作为进一步探索 MXene 材料在储能设备中的应用开辟了新途径。
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