清华大学出版社
三种不同的典型MXene电极，即
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、Nb2C、Ti2C和Ti3C2的电化学行为进行了研究，其特征在于准电容主导行为、快速动力学和持久的循环稳定性
信用:纳米研究能源 超级电容器正在成为锂离子电池的替代品，提供更高的功率密度和更长的寿命(保持容量的循环次数)
超级电容器就像是电池(具有高能量存储)和普通电容器(具有高功率放电)的混合体
3月21日发表在《纳米研究能源》上的香港城市大学的新研究展示了用MXene化合物制造的电容器的优异性能
MXenes是二维无机化合物，其用于能量储存的大分子表面积赋予它们超高的导电性和储存容量
超级电容器可以在很小的空间内储存大量能量，并在大电流下释放出来；例如，它们可以为可穿戴电子设备等迷你设备供电
然而，当用有机分子制造时，超级电容器有着火的危险
这项新研究探索了用无机MXene分子制成的超级电容器，以降低火灾风险
他们用钾代替了更贵的锂
钾离子或钾离子是最常用的电解质之一，可以让电流在电池中流动
该论文的主要作者、材料科学与工程系的研究员梁表示，他们“利用本质安全的水基电解质研究了水性超级电容器，并专注于钾离子存储，这种存储更便宜，在地球上更丰富，有利于安全和低成本的应用
" MXenes化合物由几个原子厚的过渡金属层组成，例如金属碳化物、氮化物或碳氮化物
它们具有跨导电金属碳化物层的有效电子传输的电特性，以及对氧化还原(电子转移)反应非常有利的金属表面
从不同的MXenes中，本研究选择了三个进行性能比较
“通过横向比较三种代表性MXene物种的K离子存储性能，我们希望找出结构和它们的K离子存储性能之间的关系，”主要作者李昕亮说，他也来自材料科学与工程系
研究了三种MXene电极或电导体(Nb2C、Ti2C和Ti3C2)的电化学行为，包括K-离子如何插入MXene层以及离子如何粘附到金属表面的化学性质
研究人员评估了超级电容器的存储机制、容量、倍率性能和循环性能
具有Nb2C MXene的K-离子电容器具有最突出的性能，最高功率密度(放电量)为2336 W/kg，能量密度(储存量)为24
6瓦时/千克
虽然锂离子电池比电容器具有更高的能量密度，但是它们的功率密度只有250-340 W/kg
因此，带有MXene的K-离子电容器可以更快地释放几个数量级的功率
具有Nb2C MXene的电容器保持接近满容量(94
6%)，相比之下，锂离子电池预计可以持续大约500次循环
所有MXene材料都表现出超级电容器的行为——快速动力学和持久的K离子存储——提供了比其他K离子主体材料更好的性能
这些结果源于MXene在获得和释放钾离子时的稳定结构
梁说，“这可能归因于钾离子传输固有的大的层间距离和MXene的极好的结构稳定性，即使经受长期的钾化/去钾化过程
" 尽管只研究了三个MXene电极，但其它MXene化合物可能具有用作含水K-离子主体电极的巨大潜力
研究人员希望他们的发现将“引起对其他有前途的MXene电极的进一步关注，用于持久的K离子存储
" 研究人员计划进一步试验MXene电极，以提高实际应用的性能
“关于钾离子电容器，我们想改进和操纵MXene电极物种，以获得更高的能量密度，”Chunyi教授说
他们最终渴望提炼出用于可穿戴电子产品和其他迷你电源设备的K离子电容器，因为它们性能高、安全且相对便宜
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