具有優異電化學性能的贗電容材料引起了人們對開發高性能超級電容器的濃厚興趣。在此，通過溶劑熱法合成了 VOx 錨定的 Ti3C2Tx MXene 贗電容材料，以協同金屬導電性和氧化還原活性。純氧化釩合成會導致 VO2 形成，而在 Ti3C2TX 存在下，由于 Ti3C2TX 表面官能團的分解，觀察到準金屬 V2O3 和 VO2 (VOx)。 V2O3 相的生長隨著 Ti3C2TX 重量濃度的增加而增加。異質結構的最佳組成在-0.9 V–1 V的穩定電位窗口中提供了364 F g−1的比電容，超過了純VO2 (245 F g−1)和Ti3C2TX (140 F g−1)的比電容）在 0.5 M K2SO4 電解液中。此外，所開發的對稱超級電容器（SSC）在功率密度為1.1 kW kg−1時提供了45.7 Wh kg−1的能量密度，10000次循環的循環穩定性為78%，自放電開路電位為1.34 V。這項工作強調了開發基于 SSC 的陽極和陰極活性贗電容材料的策略，以提高能量密度并減輕自放電。
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圖 1. VOx 錨定 Ti3C2TX 異質結構的合成示意圖。
圖 2. (a) Ti3AlC2 和 Ti3C2Tx、(b) 純 VO2 納米顆粒、(c) VOx 錨定 Ti3C2Tx、(d) VOxM2 的 Rietveld 精修的 X 射線衍射圖。
圖 3. (a, b) Ti3C2Tx MXenes、(c, d) VO2 納米顆粒、(e–g) VOx 錨定 Ti3C2Tx - VOxM2 的 SEM 圖像和 (h) VOxM2 的 EDS 分析（來自圖 3 (f) 標記）地區）。
圖 4. (a-b) TEM 圖像和 (c) 具有 FFT 圖案的 VO2 晶格條紋（插入圖像）； (d–e) TEM 圖像和 (f) V2O3 的晶格條紋以及 FFT 圖案（插入圖像）； (g) TEM 圖像，VOxM2 的 (h) V、(i) Ti、(j) F、(k) C 和 (l) O 的元素映射。
圖5. VOxM2的X射線光電子能譜（a）測量能譜，（b）Ti 2p，（c）V 2p，（d）O 1s，（e）C 1s，（f）F 1s。
圖 6. (a) VO2 和 VOxM 在 10 mV s−1 掃描速率下的 CV，(b)VOxM2 在不同掃描速率（10、20、30、50、70、100 mV s−1）下的 CV，以及(c) 1 A g−1 下 VO2 和 VOxM 的 GCD，(d) 不同電流密度（1、2、3、4、5、10、15 A g−1）下的 VOxM2，以及 (e) 的倍率能力不同電流密度下的 VO2 和 VOxM2。
圖 7. (a) 陽極掃描和 (b) 陰極掃描期間 VOxM2 的 log (i) 與 log (v) 圖；條形圖顯示了不同 b 值 (c) 0.89 和 (d) 0.74 時電容性和擴散電荷存儲的貢獻； (e) Ti3C2Tx、VO2 和 VOxM2 的 EIS 分析，(f) VOxM2 5000 次循環的循環穩定性和庫倫效率。
圖8. (a)不同掃描速率下的CV，(b)不同電流密度下的GCD，(c)陽極和陰極極化曲線，(d)循環前后的EIS，(e，f)自放電VOxM2 SSC 的漏電流分析。
相關科研成果由印度理工學院Bharat B. Panigrahi等人于2024年發表在Journal of Power Sources（https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234503）上。原文：VOx anchored Ti3C2Tx MXene heterostructures for high-performance 2.2 V supercapacitors
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234503
轉自《石墨烯研究》公眾號
