Achieving High Pseudocapacitance of 2D Titanium Carbide (MXene) by Cation Intercalation and Surface Modification

MXenes公司 材料科学 插层(化学) 假电容 表面改性 重量分析 电容 化学工程 电极 纳米技术 无机化学 超级电容器 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Jian Li,Xiaotao Yuan,Cong Lin,Yanquan Yang,Le Xu,Xin Du,Jinglin Xie,Jianhua Lin,Junliang Sun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (15) 被引量:703
标识
DOI:10.1002/aenm.201602725
摘要

Supercapacitors attract great interest because of the increasing and urgent demand for environment‐friendly high‐power energy sources. Ti 3 C 2 , a member of MXene family, is a promising electrode material for supercapacitors owing to its excellent chemical and physical properties. However, the highest gravimetric capacitance of the MXene‐based electrodes is still relatively low (245 F g −1 ) and the key challenge to improve this is to exploit more pseudocapacitance by increasing the active site concentration. Here, a method to significantly improve the gravimetric capacitance of Ti 3 C 2 T x MXenes by cation intercalation and surface modification is reported. After K + intercalation and terminal groups (OH − /F − ) removing , the intercalation pseudocapacitance is three times higher than the pristine MXene, and MXene sheets exhibit a significant enhancement (about 211% of the origin) in the gravimetric capacitance (517 F g −1 at a discharge rate of 1 A g −1 ). Moreover, the as‐prepared electrodes show above 99% retention over 10 000 cycles. This improved electrochemical performance is attributed to the large interlayer voids of Ti 3 C 2 and lowest terminated surface group concentration. This study demonstrates a new strategy applicable to other MXenes (Ti 2 CT x , Nb 2 CT x , etc.) in maximizing their potential applications in energy storage.
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