瑞典查尔姆斯理工大学--基于功能化石墨烯作为阴极和退火Ti3C2Tx MXene作为阳极设计的新型的超级电容器

非对称超级电容器(ASCs)采用两种具有较大氧化还原峰位置差异的不同电极材料作为阴极和阳极，旨在进一步拓宽电压窗，提高超级电容器的能量密度。有机分子电极可以通过将氧化还原活性有机分子与导电碳基材料(如石墨烯)结合来构建。在此，具有4个羰基的氧化还原活性分子芘-4,5,9,10-四酮(PYT)展示了一个四电子转移过程，具有潜在的高容量。PYT以不同的质量比与两种不同的石墨烯非共价结合。PYT-功能化GN电极(PYT/GN 4-5)具有711 F g−1的高容量(1 Ag⁻¹ / 1 M H₂SO₄)。为了匹配PYT/GN 4-5阴极，通过热解纯Ti₃C₂T_x制备了退火Ti₃C₂T_x (A-Ti₃C₂T_x) MXene阳极。组装的PYT/GN 4-5 //A-Ti₃C₂T_x ASC在功率密度为700 W kg⁻¹的情况下，具有18.4 Wh kg⁻¹的出色能量密度。PYT功能化石墨烯在高性能储能设备中具有巨大的潜力。

         

        图1. a-c) GN、PYT/GN 8-1和PYT/GN 4-5的SEM图像。d-f) LO、PYT/LO 4-5和PYT/LO 2-7的SEM图像。

          图2 GN、LO、PYT、PYT/GN 4-5、PYT/LO 4-5、PYT/LO 2-7的FT-IR光谱。

         图3. XPS光谱分析。

          图4 三电极体系中不同电极的电化学特性01。

          图5 三电极体系中不同电极的电化学特性02。

          图6。a) Ti₃C₂T_x和A-Ti₃C₂Tx的Ti2p光谱的高分辨率，b) 10 mV s⁻¹下的CV曲线比较，c,d)不同扫描速率下的CV曲线和A-Ti₃C₂T_x不同电流密度下对应的GCD曲线，e)不同电流密度下的比容量比较。

图7。PYT/GN 4-5 //A-Ti₃C₂T_x ACS组装后的电化学性能。

相关科研成果由瑞典查尔姆斯理工大学化学与化学工程系Xiaoyan Zhang等人2023年发表在small (DOI: 10.1002/smll.202301449)上。原文：A Novel Aqueous Asymmetric Supercapacitor based on Pyrene-4,5,9,10-Tetraone Functionalized Graphene as theCathode and Annealed Ti₃C₂T_x MXene as the Anode。