二維(2D)過渡金屬碳/氮化合物(MXene)和石墨烯是目前流行的儲能材料。然而，這些二維材料因為其易于自堆疊，其電化學性能和應用受到嚴重限制。本文通過簡單的水熱法成功地自組裝了硫氮摻雜還原氧化石墨烯和MXene (S,N-rGO@MXene)的三維(3D)雜化多孔氣凝膠。MXene的還原性質調整了rGO的親水性,從而形成了一個可控的3D相互交聯(lián)rGO / MXene。元素S和N的加入進一步提高了其電化學性能。在電流密度為1 A g
−1時，采用S,N-rGO@MXene組裝的對稱液態(tài)和全固態(tài)超級電容器的比電容分別為85.4和88.9 F g
−1。值得注意的是，在充放電循環(huán)2萬次和1萬次后，電容保持率和庫侖效率在各自系統(tǒng)中幾乎沒有變化。特別是，在功率密度為1400.6 W kg
−1時，全固態(tài)超級電容器的能量密度達到了24.2 Wh kg
−1，超過了迄今為止報道的大多數(shù)基于MXene的全固態(tài)超級電容器。在實際應用中，所述超級電容器適用于LED燈的照明。我們的自組裝3D氣凝膠為高效對稱超級電容器的制造提供了有價值的參考。
圖1. (a)S,N-rGO(插圖顯示其強度)、(b)Ti
3C
2T
x MXene、(c)S,N-rGO@MXene的SEM圖片；(d)直徑1.5 cm的S, N-rGO@MXene氣凝膠上承受壓重為300 g的光學照片;(e, f) S,N-rGO@MXene的TEM圖像。
圖2. S,N-rGO@MXene和S,N-rGO的(a) XRD光譜和(b)拉曼光譜。
圖3. (a) S,N-rGO和S,N-rGO@MXene的XPS測量光譜和S,N-rGO和S,N-rGO@MXene的(b)O 1s、(c)N 1s和(d) S 2p高分辨率XPS光譜。
圖4. 2-電極結構的液態(tài)對稱超級電容器和電解液(6 M KOH)的電化學性能。(a)掃描速率為5 mV s
−1時的CV曲線，(b)電流密度為1 A g
−1時的GCD曲線，(c) Nyquist曲線和高頻區(qū)放大圖，(d)基于S,N-rGO@MXene和S,N-rGO的對稱超級電容器的Bode曲線，(e)S,N-rGO@MXene超級電容器20,000次循環(huán)后的電容保持率和庫侖效率。
圖5. 基于S,N-rGO@MXene的對稱全固態(tài)超級電容器的電化學性能評估。(a)不同掃描速率時的CV曲線,(b)不同電流密度時的GCD曲線,(c) Ragone圖,(d) Nyquist圖，高頻區(qū)域和擬合電路模型放大圖(插圖),(e)10000次循環(huán)后的電容保持率和庫侖效率,自放電曲線和四個全固態(tài)超級電容器串聯(lián)的LED照明設備的圖片 (插圖)。
相關研究成果由遼寧科技大學化學工程學院電化學能量轉換功能材料課題組Xuanli Liu等人于2021年發(fā)表在Journal of Power Sources (https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230682)上。原文：Self-assembled S,N co-doped reduced graphene oxide/MXene aerogel for both symmetric liquid- and all-solid-state supercapacitors。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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