Ultrahigh Areal Capacitance of Flexible MXene Electrodes: Electrostatic and Steric Effects of Terminations

超级电容器 电容 电极 MXenes公司 电解质 材料科学 光电子学 纳米技术 电化学 离子 化学 物理化学 有机化学
作者
Miao Guo,Wen‐Chao Geng,Chengbin Liu,Jiayun Gu,Zezhong Zhang,Yanhong Tang
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:32 (19): 8257-8265 被引量:61
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.0c02026
摘要

Two-dimensional (2D) Ti3C2Tx MXene has shown great potential in the energy storage field, and its performance strongly depends on the intercalation of cations. Therefore, engineering its interlayer ion channels is the key to enhance the electrochemical performance of Ti3C2Tx, but it is challenging due to the restacking nature of 2D materials. Herein, an original strategy for in situ introduction of large-size and electrostatic −SO4 termination is developed to engineer Ti3C2Tx MXene interlayer channels. The chemical binding and steric effect of −SO4 termination ensure a stable and expanded interlayer ion channel. The electrostatic effect of −SO4 benefits electrolyte ion infiltration. Consequently, the capacitance of Ti3C2Tx is increased by approximately 66 and 143% compared to those synthesized by common methods. The Ti3C2Tx electrode exhibits a high areal capacitance of 1399.0 mF cm–2 at 1 mV s–1, excellent rate capability, and ultralong cycle life without capacitance loss after 17,200 cycles. The all-solid-state supercapacitor (ASSS) based on the Ti3C2Tx delivers an ultrahigh areal capacitance of 391.5 mF cm–2, which reaches the state-of-the-art level. Moreover, the ASSS shows excellent flexibility and wearable potential. The established strategy blazes a new trail to improve the capacitance performance of MXenes.
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