High-voltage asymmetric MXene-based on-chip micro-supercapacitors

材料科学 超级电容器 电容 功率密度 炸薯条 纳米技术 薄脆饼 电压 储能 光电子学 功率(物理) 电极 电气工程 物理化学 工程类 物理 化学 量子力学
作者
Yanting Xie,Haitao Zhang,Haichao Huang,Zixing Wang,Zhong Xu,Haibo Zhao,Yuchen Wang,Ningjun Chen,Weiqing Yang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:74: 104928-104928 被引量:123
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104928
摘要

On-chip micro-supercapacitors (MSCs) are one of the most promising devices to be integrated into micro-/nano-scale electronic devices for offering sufficient peak power and energy support. However, low operate voltage and limited energy density greatly inhibit their wider practical application. Herein, high-voltage on-chip MSCs based on Ti3C2Tx MXene as a negative electrode and activated carbon as a positive electrode are designed and are simply manufactured via a novel cutting-spraying method. Through solving the excessive polarization of MXene, a single asymmetric on-chip MSCs can deliver a potential window up to 1.6 V in neutral electrolyte (PVA/Na2SO4), and share a high areal capacitance of 7.8 mF cm−2 (a stack specific capacitance of 36.5 F cm−3) and a greatly improved energy density of 3.5 mWh cm−3 at a power density of 100 mW cm−3, which are much higher than other on-chip energy storage counterparts. Besides, MSCs show an excellent capacity retention (remaining 91.4% after 10 000 cycles). More importantly, MSCs can be easily enlarged as highly integrated array in series and/or in parallel on the silicon wafers. Evidently, this study opens up new avenues for developing high-voltage MXene-based MSCs used in on-chip electronics and portable devices.
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