A Supercapacitor Architecture for Extreme Low‐Temperature Operation Featuring MXene/Carbon Nanotube Electrodes with Vertically Aligned Channels and a Novel Freeze‐Resistant Electrolyte

超级电容器 材料科学 电解质 碳纳米管 电极 纳米技术 电容 离子液体 化学工程 离子电导率 电化学 有机化学 工程类 物理化学 催化作用 化学
作者
Tianyu Zhao,Dongzhi Yang,Bai‐Xue Li,Yongzheng Shi,Qiuyan Quan,Nikhil Koratkar,Zhong‐Zhen Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:10
标识
DOI:10.1002/adfm.202314825
摘要

Abstract The electrochemical performance of supercapacitors drops precipitously at extreme low temperatures due to a multitude of reasons, which includes electrolyte freezing, sluggish ion transport in the electrode and electrolyte, and high charge transfer resistance at electrode–electrolyte interfaces. To address high interface resistance, a new supercapacitor architecture is reported, in which MXene/carbon nanotube electrodes with vertically aligned channels are synthesized to reduce tortuosity and maximize the electrode–electrolyte contact area. These electrodes are fabricated using a directional‐freezing strategy, generating direct and fast ion transport pathways. Further, a freeze‐resistant electrolyte which shows high ionic conductivity is synthesized by designing a double‐crosslinked polymer network in a binary solvent consisting of ionic liquid and water, which exhibits an ultralow freezing temperature of −54 °C. An all‐in‐one supercapacitor is assembled by an integrated polymerization strategy to minimize interfacial resistances. The resulting device delivers a specific capacitance of 231 F g −1 at 2 mV s −1 and a maximum energy density of 10.17 Wh kg −1 , while maintaining a capacitance retention of 92%, even at an extreme low temperature of −50 °C. The supercapacitor architecture developed in this study, demonstrates the feasibility of electrochemical energy storage at extreme low temperatures.
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