Modified MXene/Holey Graphene Films for Advanced Supercapacitor Electrodes with Superior Energy Storage

超级电容器 材料科学 石墨烯 储能 电容 电极 电解质 氧化物 纳米技术 化学工程 功率密度 光电子学 化学 功率(物理) 量子力学 物理 工程类 物理化学 冶金
作者
Zhimin Fan,You Wang,Zhimin Xie,Duola Wang,Yuan Yin,Hongjun Kang,Benlong Su,Zhongjun Cheng,Yuyan Liu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:5 (10) 被引量:440
标识
DOI:10.1002/advs.201800750
摘要

Abstract MXene films are attractive for advanced supercapacitor electrodes requiring high volumetric energy density due to their high redox capacitance combined with extremely high packing density. However, the self‐restacking of MXene flakes unavoidably decreases the volumetric performance, mass loading, and rate capability. Herein, a simple strategy is developed to prepare a flexible and free‐standing modified MXene/holey graphene film by filtration of the alkalized MXene and holey graphene oxide dispersions, followed by a mild annealing treatment. After terminal groups (F/OH) are removed, the increased proportion of Ti atoms enables more pseudocapacitive reaction. Meanwhile, the embedded holey graphene effectively prevents the self‐restacking of MXene and forms a high nanopore connectivity network, which is able to immensely accelerate the ion transport and shorten transport pathways for both ion and electron. When applied as electrode materials for supercapacitors, it can deliver an ultrahigh volumetric capacitance (1445 F cm −3 ) at 2 mV s −1 , excellent rate capability, and high mass loading. In addition, the assembled symmetric supercapacitor demonstrates a fantastic volumetric energy density (38.6 Wh L −1 ), which is the highest value reported for MXene‐based electrodes in aqueous electrolytes. This work opens a new avenue for the further exploration of MXene materials in energy storage devices.
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