Une étude récente menée par le professeur Zhong-Shuai Wu (Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS)) et le professeur Hui-Ming Cheng (Institute of Metal Research of CAS) et publiée dans Examen scientifique national examine les micro-supercondensateurs planaires aqueux MXene.
Les MXenes, une famille de carbures et de nitrures de métaux de transition 2D avec plus de 30 espèces, émergent en tant que matériaux d’électrodes hautes performances. Cependant, une électrode MXene est facilement oxydée à haut potentiel anodique dans les électrolytes aqueux, et sa tension de fonctionnement est normalement limitée par la fenêtre de stabilité thermodynamique électrochimique de l’eau, entraînant ainsi de petites tensions de fonctionnement généralement inférieures à 0,6 V, ce qui limite fortement la densité d’énergie. de MSC basés sur MXene (MXene-MSC).
De plus, les électrolytes aqueux gèlent facilement à des températures inférieures à zéro, entraînant une forte baisse de la conductivité ionique. Alors qu’à haute température, la structure des électrolytes aqueux est si instable qu’il est difficile de retenir les molécules d’eau internes en raison de la volatilité. Par conséquent, le développement d’électrolytes aqueux à haute tension et à large plage de températures reste un défi de taille.
« Nous avons développé un électrolyte aqueux LiCl à faible coût, respectueux de l’environnement et hautement concentré pour réguler la cinétique de réaction du MXene (Ti3C2TX) électrode et électrolyte, ce qui a non seulement élargi la tension de fonctionnement des MXene-MSC en inhibant l’oxydation à haut potentiel, mais a également augmenté la plage de température en raison d’un point de congélation bas », a déclaré le professeur Wu.
Les MXene-MSC planaires symétriques aqueux tels que fabriqués avec l’électrolyte mentionné ci-dessus ont atteint une tension de fonctionnement allant jusqu’à 1,6 V et une densité d’énergie allant jusqu’à 31,7 mWh cm-3 à température ambiante.
Le point de congélation bas (-57 °C) de l’électrolyte LiCl-gel hautement concentré a également permis aux MXene-MSC de fonctionner de manière stable dans une large plage de températures (-40 °C à 60 °C). L’évolutivité et la flexibilité des MXene-MSC facilitent leur intégration dans la microélectronique portable.
Yuanyuan Zhu et al, Régulation cinétique du MXene avec électrolyte eau-dans-LiCl pour micro-supercondensateurs haute tension, Examen scientifique national (2022). DOI : 10.1093/nsr/nwac024