Effect of Aqueous Electrolytes on the Performance of a Ti3C2Tx (MXene)−δ-MnO2 Asymmetric Supercapacitor

超级电容器 材料科学 电解质 化学工程 电化学 电化学窗口 溶解 水溶液 电极 功率密度 化学 物理化学 离子电导率 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Chaitanya Krishna Kamaja,Sangha Mitra,Gaganjot,Monica Katiyar
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:36 (1): 703-709 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.1c03884
摘要

Ti3C2Tx (MXene) has emerged as pseudocapacitive electrode material for supercapacitor applications as a result of its high conductivity, surface functional groups, and surface redox reactions. A symmetric Ti3C2Tx supercapacitor delivers very less energy density as a result of a low operational voltage window (0.6 V). The operational voltage window can be enhanced by making an asymmetric device with δ-MnO2. Prior to the asymmetric supercapacitor fabrication, proper selection of the electrolyte, which works with both negative and positive electrodes for enhancing the energy density, is very important. We address this issue by electrochemically characterizing Ti3C2Tx and δ-MnO2 electrodes in 1 M H2SO4, NaHSO4, KOH, Na2SO4, LiCl, and MgCl2 electrolytes to check their performance. We found that highly acidic electrolytes, such as H2SO4 and NaHSO4, are unsuitable for δ-MnO2 electrodes as a result of the dissolution of δ-MnO2 in these electrolytes. On the other hand, a 1 M KOH electrolyte (highly alkaline) is not suitable for Ti3C2Tx as a result of instability, while neutral aqueous electrolytes show promising results with both electrodes. With a 1 M aqueous Na2SO4 electrolyte, the Ti3C2Tx–δ-MnO2 asymmetric device delivered an energy density of 8.2 Wh kg–1 and a power density of 400 W kg–1. The voltage window of this device is 1.6 V, which is higher than the voltage window of the symmetrical supercapacitor made of Ti3C2Tx and δ-MnO2 electrodes.
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