Flexible Carbon Dots‐Intercalated MXene Film Electrode with Outstanding Volumetric Performance for Supercapacitors

材料科学 超级电容器 MXenes公司 电极 纳米技术 碳化 化学工程 电解质 碳纤维 复合材料 电容 复合数 扫描电子显微镜 工程类 物理化学 化学
作者
Peng Zhang,Jiapeng Li,Deyu Yang,Razium Ali Soomro,Bin Xu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (1) 被引量:105
标识
DOI:10.1002/adfm.202209918
摘要

Abstract 2D MXenes have emerged as promising supercapacitor electrode materials due to their metallic conductivity, pseudo‐capacitive mechanism, and high density. However, layer‐restacking is a bottleneck that restrains their ionic kinetics and active site exposure. Herein, a carbon dots‐intercalated strategy is proposed to fabricate flexible MXene film electrodes with both large ion‐accessible active surfaces and high density through gelation of calcium alginate (CA) within the MXene nanosheets followed by carbonization. The formation of CA hydrogel within the MXene nanosheets accompanied by evaporative drying endow the MXene/CA film with high density. In the carbonization process, the CA‐derived carbon dots can intercalate into the MXene nanosheets, increasing the interlayer spacing and promoting the electrolytic diffusion inside the MXene film. Consequently, the carbon dots‐intercalated MXene films exhibit high volumetric capacitance (1244.6 F cm −3 at 1 A g −1 ), superior rate capability (662.5 F cm −3 at 1000 A g −1 ), and excellent cycling stability (93.5% capacitance retention after 30 000 cycles) in 3 m H 2 SO 4 . Additionally, an all‐solid‐state symmetric supercapacitor based on the carbon dots‐intercalated MXene film achieves a high volumetric energy density of 27.2 Wh L −1 . This study provides a simple yet efficient strategy to construct high‐volumetric performance MXene film electrodes for advanced supercapacitors.
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