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水系电解质浓度和种类对石墨烯纸超级电容器电化学性能的影响

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化工新型材料 2015年第1期43卷 71-73,95页

作者：马伟薄拯祝伟光帅骁睿吴尔卡张秀岩严建华岑可法浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027

采用改进后的Hummers法制备氧化石墨,经水合肼还原后制得超薄石墨烯纸材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射光谱(XRD)和X光电子能谱(XPS)等手段对制备的石墨烯纸进行表征。采用循环伏安和交流阻... 详细信息

采用改进后的Hummers法制备氧化石墨,经水合肼还原后制得超薄石墨烯纸材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射光谱(XRD)和X光电子能谱(XPS)等手段对制备的石墨烯纸进行表征。采用循环伏安和交流阻抗谱等电化学方法考察了水系电解质溶液浓度和电解质种类对石墨烯纸为活性材料的超级电容器电化学性能的影响。结果表明:随着电解质浓度的增加或阴阳离子尺寸的减小,石墨烯纸超级电容器比电容量明显增加,溶液阻抗明显降低;具有较小尺寸的碱金属氢氧化物饱和溶液更适合做超级电容器的电解质溶液。

关键词：石墨烯纸超级电容器水系电解质电化学性能

水系电解质中多孔WO3薄膜电致变色性质研究

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水系电解质中多孔WO3薄膜电致变色性质研究

作者：邢开笑中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

电致变色材料是一种电刺激响应的智能光学材料,电致变色的本质是电致变色材料在外加电压的作用下发生氧化还原反应,从而材料的光学性质(吸光度、反射率或透光率)发生改变,外观上实现材料颜色的可逆变化。电致变色因其独特的刺激响应性... 详细信息

电致变色材料是一种电刺激响应的智能光学材料,电致变色的本质是电致变色材料在外加电压的作用下发生氧化还原反应,从而材料的光学性质(吸光度、反射率或透光率)发生改变,外观上实现材料颜色的可逆变化。电致变色因其独特的刺激响应性质和低功耗、双稳态、连续无极变化等突出优势,在传感、智能窗、新型显示、智能热控、伪装等领域具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力,受到国内外研究者的广泛关注。以WO为代表的无机非金属氧化物电致变色材料是目前应用最广泛的电致变色材料,具有高光学调制、高着色效率、循环稳定性强、价格低廉等优点,已经有智能窗等产品出现,但成本较高、响应速度慢,这阻碍了无机电致变色材料及器件的广泛应用。电致变色过程通常伴随着电子和离子的双重嵌入和脱出。因此,对电子转移和离子传输过程的有效调控是改善器件性能的关键。在本论文研究中,我们分别从水系电解质离子的优选和WO薄膜微观结构的构筑两方面提升电致变色器件性能,研究离子半径同薄膜孔隙的匹配关系,为实现快速响应且高稳定性的电致变色材料及器件提供新思路。主要研究如下:(1)分别以Li、Zn、Al作为电致变色薄膜的嵌入离子,研究了不同水系电解质中无定形WO薄膜的电致变色性能。结果表明:当以Al作为嵌入离子时,WO获得了最好的电致变色性能,包括快的响应速度(着色响应时间为2.8s,褪色响应时间为1.1 s),高的光学对比度(700 nm处达83.4%),优异的循环稳定性(连续循环1000次仅衰减2.8%),大的着色效率(74.7 cm C)。机制研究发现,多价态、小半径的Al中实现的快速的离子传输动力学是其性能提升的关键所在。相关研究为高性能电致变色器件的构建和水系电解质优选提供简单有效的指导。(2)在上述工作的基础上,我们进一步深入探究了离子半径和电致变色薄膜微观结构的匹配关系。将电子束真空蒸发的物理气相沉积技术与掠射角沉积技术(Glancing Angle Deposition,GLAD)相结合,通过调整沉积角度分别为0°、30°和50°,构建出三种孔隙率分别为15.5%、28.9%和44.6%的WO薄膜,并分别在Zn和Al水系电解质中深入探索分析其光学、电学性质和电致变色性能。结果表明:在具有较大离子半径(0.75(?))的Zn水系电解质中,多孔WO-50°薄膜获得了最优电致变色性能,其着色和褪色响应时间3.6和1.2 s,光学对比度66.6%,着色效率达89.2 cm C,综合品质因子37.2 cm C s,是致密WO-0°薄膜的3.3倍。机制研究发现,多孔WO电致变色薄膜具有更大的比表面积和更充分的电极/电解液界面接触,大大缩短了离子传输的路径,显著增大离子扩散系数,增强了在电场刺激下电解质离子的嵌入/脱出速度,从而缩短了响应时间,提高了着色效率、显著提升了电致变色材料的综合性能;在具有较小离子半径(0.53(?))的Al水系电解质中,多孔WO-30°薄膜的电致变色性质最佳,着色和褪色响应速度仅为1.5和0.6 s,着色效率为69.6 cm C,综合品质因子高达66.3 cm C s。机制研究发现,当以离子半径小的Al为嵌入离子时,适当增加孔隙率有利于提升着色响应速度,但对褪色响应速度影响不大。而当进一步增大孔隙率时,着色响应速度相差不大,褪色响应时间反而增加,这可能是因为电解质离子更深的进入本体材料内部,从而导致脱出速度降低。

关键词：电致变色 WO3 水系电解质孔隙率掠射角沉积

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高比能金属电极在水系电解质中的稳定化研究

高比能金属电极在水系电解质中的稳定化研究

作者：邱奇粮中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)

学位级别：硕士

水系电池具有高安全、低成本、环境友好等优点,其中,采用金属电极的水系电池还兼具高比能的优点,在储能技术领域具有较好的研究前景。在各类金属材料中,锌和铝是两种具有较高应用潜力的金属材料。然而,这两种金属材料在水系电解质中的... 详细信息

水系电池具有高安全、低成本、环境友好等优点,其中,采用金属电极的水系电池还兼具高比能的优点,在储能技术领域具有较好的研究前景。在各类金属材料中,锌和铝是两种具有较高应用潜力的金属材料。然而,这两种金属材料在水系电解质中的稳定性较差。其中,金属锌在循环充放电过程中,存在腐蚀和枝晶生长问题,导致电池库伦效率低甚至短路等问题;金属铝在中性溶液中易钝化,极化较大,而在碱性溶液中会发生严重的析氢腐蚀,铝的利用率低,且放电产物易饱和析出Al(OH)沉淀,导致电池性能下降。这些问题制约了金属电极在水系电解质中的应用,亟待解决。目前,相关的研究聚焦于水系电解质的调控优化,通过电解液添加剂的引入以改善金属电极在水系电解质中的稳定性。因此,本文从金属电极与水系电解质的界面为切入点,一方面调控了水系电解液的溶质种类及浓度,以优化金属电极与水系电解质的界面相容性;另一方面,通过在电解液中加入相应功能的添加剂,构建了界面功能层,以提高金属电极在水系电解质中的稳定性。主要研究内容如下:1)金属锌电极的稳定化研究:1、以锌箔为锌电极材料时,对锌箔表面打磨预处理,能有效改善锌电极的电化学活性,降低极化,但锌的沉积依然不均匀。2、选取醋酸锌、硫酸锌、溴化锌等三类锌盐溶质为研究对象,系统地探讨了三类锌盐及其不同浓度下对锌金属电极的性能影响。研究表明,三类锌盐的浓度提高,有利于锌的溶解沉积,但同时加速了锌的腐蚀。其中,锌电极在硫酸锌电解液中的库伦效率最高,析气量最低,对锌电极具有较好的界面相容性。然而,三类锌盐溶液下,锌的电沉积形貌都较不均匀,易引起锌-锌对称电池的短路问题。3、选取了三种具有不同阳离子构型的季铵盐化合物(四乙基溴化铵、三乙基苄基溴化铵和十二烷基二甲基苄基溴化铵)为抗枝晶剂,研究了这三类化合物对锌电极电化学行为的影响。结果表明,在电沉积过程中,这三类化合物的阳离子能吸附在锌电极表面而调控锌离子的沉积行为。不同浓度和不同分子构型的季铵盐化合物对锌沉积时的沉积形貌、电化学性能等有密切关系。其中,四乙基溴化铵能有效抑制枝晶生长,同时不会影响电池性能,是最佳的抗枝晶剂。对其锌–锌对称电池的恒流充放电测试发现,在1 m A cm和1 m Ah cm的条件下,稳定循环时间可长达3000 h,是空白溶液组的20多倍;在5 m A cm和5 m Ah cm的条件下,稳定循环时间可达800 h。锌–二氧化锰电池测试中,低载量(约1 mg cm正极活性物质)下,全电池在0.5 A g下比容量为135 m Ah g,1 A g下比容量为100 m Ah g,均比未添加组的比容量更高;高载量(约13 mg cm)下,在0.05 A g和0.1 A g下充放电测试中,添加四乙基溴化铵组的循环寿命明显提升,而电池容量与未添加组相当。2)金属铝电极的稳定化研究:1、探究了氢氧化钾碱溶液的浓度对铝的腐蚀影响。研究表明,碱溶液的浓度越高,对金属铝电极的腐蚀性越大。5 m A cm下放电2小时,铝的比容量从1314 m Ah g降至241 m Ah g,阳极利用率明显下降。权衡铝电极电化学活性和腐蚀速率,选择了较低浓度的0.5 M KOH溶液作为基础电解液,此时铝的利用率达51.3%。2、将氯化钾引入碱溶液中,以增加铝电极的电化学活性。结果显示,3 M KCl的添加,能减少水含量,减缓了铝电极的腐蚀,铝的利用率可达53.9%,同时铝的电极电位负移,放电电压更加平稳。3、引入无机缓蚀剂Zn O和有机缓蚀剂咪唑,以抑制铝的析氢腐蚀。结果表明,2 m M Zn O为最佳添加量,铝的电极电位略微负移,利用率仅略微提高至56.2%。有机缓蚀剂咪唑添加后,咪唑能够吸附在铝电极表面,减缓析氢速率,其吸附规律符合Freundlich吸附模型。随着咪唑含量的提高,铝的腐蚀速率下降,2 M浓度下铝利用率高达71.9%。然而,随着咪唑含量的提高,电解液的离子电导率下降,铝的电极电位正移,电化学活性下降。当将2 M咪唑和2 m M Zn O复合后,铝的电化学活性受到明显抑制,电极电位正移,利用率为68.8%;而将2 M咪唑和3 M KCl复合后,铝电极电化学活性与原始组相当,而利用率达到了67.5%。4、组装液流系统后,铝电极的放电性能得到明显提升,相比于静置组,液流组的铝电极放电电位更负,且更平稳,同样测试条件下,铝的放电时长是静置组的2倍。

关键词：水系电解质锌金属电极铝金属电极枝晶腐蚀

电解质工程策略优化水系锌离子电池负极/电解质界面的研究进展（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第10期 3118-3150页

作者：于铧铭陈冬萍张力今黄绍祯周亮君旷桂超韦伟峰陈立宝陈月皎中南大学粉末冶金国家重点实验室

水系锌离子电池因其固有的高安全性、经济效益和环境友好性，被认为是大规模储能系统的候选者。然而，负极/电解液界面上发生的枝晶生长、析氢反应和界面钝化等问题使其实际应用受到严重的阻碍。因此，构建稳定的负极/电解液界面在调节... 详细信息

水系锌离子电池因其固有的高安全性、经济效益和环境友好性，被认为是大规模储能系统的候选者。然而，负极/电解液界面上发生的枝晶生长、析氢反应和界面钝化等问题使其实际应用受到严重的阻碍。因此，构建稳定的负极/电解液界面在调节锌沉积和提高水系锌离子电池循环寿命等方面发挥着关键作用。基于对负极/电解液界面基础理论的研究，讨论了锌金属负极受制于不稳定界面而面临的诸多挑战，并系统总结了利用电解质工程稳定负极/电解液界面的调控策略。此外，介绍了包括分析锌金属负极的界面化学和表面形貌演变在内的有效性测试技术。最后，对未来研究提出建议和展望。这对构建高性能水系锌离子电池具有一定的借鉴意义。

关键词：水系锌离子电池负极/电解质界面锌负极水系电解质电解质工程电解质添加剂

弱溶剂化学助力水系锌金属电池在-50~80℃的宽温度范围内稳定运行

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Science Bulletin 2023年第14期68卷 1531-1539,M0004页

作者：谢春霖刘胜芳吴浩张旗胡超杨泽芳李欢欢唐有根王海燕 Hunan Provincial Key Laboratory of Chemical Power Sources College of Chemistry and Chemical EngineeringCentral South UniversityChangsha 410083China College of Chemistry and Chemical Engineering Northwest Normal UniversityLanzhou 730070China School of Chemistry and Chemical Engineering Henan Normal UniversityXinxiang 453007China

开发具有宽温度范围、无枝晶生长和耐腐蚀的电解质对于水系金属锌电池的实际应用至关重要.本研究开发了一种γ-戊内酯共溶剂,以扩大水系电解质的工作温度范围并稳定锌金属阳极的界面.这种弱溶剂作为强氢键配体和“稀释剂”,高效地打破... 详细信息

开发具有宽温度范围、无枝晶生长和耐腐蚀的电解质对于水系金属锌电池的实际应用至关重要.本研究开发了一种γ-戊内酯共溶剂,以扩大水系电解质的工作温度范围并稳定锌金属阳极的界面.这种弱溶剂作为强氢键配体和“稀释剂”,高效地打破了自由水分子之间的氢键,从而提高了电解液的温度耐受性和化学稳定性.同时,γ-戊内酯也可以吸附在阳极表面从而促进锌的成核和调节锌的生长织构,实现无枝晶的锌沉积.这种优化后的电解质可以使对称电池的寿命达到2160 h,并可以在-50~80℃的宽温度范围内稳定运行.相应的ZnⅡ活性炭电容器和ZnⅡ聚苯胺电池在8100和1600次循环后,容量保持率分别为92.5%和85%.这种弱溶剂调控氢键和锌离子的溶剂鞘的机制为先进的水系电解质的设计提供了新的见解.

关键词：水系电解质工作温度范围宽温度范围金属阳极电容器阳极表面锌电池枝晶生长

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超级电容器电解质的研究进展

化学试剂 2013年第6期35卷 510-514,526页

作者：刘潇娟杨光廖红英孟蓉张华北京化学试剂研究所北京102607 南京双登科技发展研究院江苏南京211000

综述了超级电容器电解质的研究现状,重点介绍了适用于新型电极材料的水系电解质以及目前已实现商业化的有机电解质,对离子液体电解质、固体和凝胶电解质的产业化提出了展望。

关键词：超级电容器有机电解质水系电解质离子液体固体和凝胶电解质

离子液体基锌离子电池电解质的制备及性能研究

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离子液体基锌离子电池电解质的制备及性能研究

作者：江楠东华大学

学位级别：硕士

锌金属负极具有氧化还原电位低和储量丰富等优点,与水系电解液具有高度兼容性,因此基于锌金属负极与水系电解液体系的锌离子电池,被认为是下一代安全、廉价储能技术的热点之一。尽管水系锌离子电池的离子传输速度快、电导率高,但是仍然... 详细信息

锌金属负极具有氧化还原电位低和储量丰富等优点,与水系电解液具有高度兼容性,因此基于锌金属负极与水系电解液体系的锌离子电池,被认为是下一代安全、廉价储能技术的热点之一。尽管水系锌离子电池的离子传输速度快、电导率高,但是仍然存在电化学窗口低、电极界面副反应严重和锌枝晶生长等问题。为了解决以上问题,近年来有机系电解质被提出并应用在锌离子电池领域,一定程度上抑制了电极界面副反应,提高了电化学窗口,但是牺牲了水系电解质本征的高安全性与离子传输效率。咪唑类离子液体具有高离子电导率、宽电化学窗口、良好的热稳定性和不易挥发性等优点,作为添加剂能明显改善电解质的溶质与溶剂环境,弥补水系和有机系电解质的不足,为安全与稳定锌离子电池的开发带来了可能。尽管如此,由于离子液体基锌离子电解质体系发展缓慢,在不同类型电解质中的作用机理仍不明晰,电池性能仍有待提高。本文从咪唑类离子液体的结构和优点出发,开发离子液体基液态与固态电解质,深入研究咪唑类离子液体添加量、阳离子结构以及亲疏水性对锌离子电池的影响,从而获得高稳定的锌离子电池。具体内容如下:(1)将咪唑类离子液体作为添加剂,引入水系电解液中改变电解质水环境。选取1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(BMIM(OTf))并调控与水的配比,获得兼具电化学窗口宽和离子电导率高的最佳比例的电解液,对比不同阳离子侧链长度的离子液体,明晰咪唑类离子液体阳离子不同结构(侧链长度不同)在水系电解液中对锌枝晶的抑制效果与机理,获得无锌枝晶生长的锌离子电池,在低电流密度下可循环2200 h。(2)复合咪唑类离子液体、锌盐与聚(偏聚氟乙烯-co-六氟丙烯)聚合物(PVDF-HFP)框架,制备锌离子基离子凝胶电解质,克服液态电解质易泄露与挥发的难题。对比了三种咪唑离子液体(侧链长度不同),明确咪唑阳离子结构在离子凝胶电解质中对锌枝晶的作用机理,获得宽电化学窗口和无锌枝晶生长的固态锌离子电池,可循环2500 h。(3)将界面水和内部水引入离子凝胶电解质,通过改变基体和离子液体类型,实现对离子凝胶电解质界面水和内部水分布的调控。利用界面和内部中水和离子液体的融合,一方面提高固态系统中的离子电导率,实现Zn的快速迁移,有效改善电池反应动力学,另一方面抑制极化反应,提高其界面稳定性,循环寿命可达5500 h。

关键词：锌离子电池离子液体水系电解质离子凝胶电解质循环稳定性

氮掺杂碳纳米纤维负极制备及锌离子电容器性能研究

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氮掺杂碳纳米纤维负极制备及锌离子电容器性能研究

作者：袁鹏陕西师范大学

学位级别：硕士

锌离子电容器(ZICs)是近年来发展起来的一种新型储能器件,它结合了电池和超级电容器的优点,具有高能量密度、高功率密度的储能特点。然而,锌负极表面的枝晶生长和副反应限制了ZICs的循环寿命。此外,正负极容量不匹配,也是影响ZICs性能... 详细信息

锌离子电容器(ZICs)是近年来发展起来的一种新型储能器件,它结合了电池和超级电容器的优点,具有高能量密度、高功率密度的储能特点。然而,锌负极表面的枝晶生长和副反应限制了ZICs的循环寿命。此外,正负极容量不匹配,也是影响ZICs性能的重要因素。针对以上问题,本论文从抑制负极Zn枝晶及优化正负极动力学出发,在商业碳布(CC)表面生长了氮掺杂碳纳米锥,探讨了纳米锥结构对Zn电镀/剥离稳定性影响,考察了电解液对ZICs负极的影响,通过化学活化植物香蒲获得了高表面积的生物质衍生碳正极材料,构筑了电化学性能优异的ZICs。三维结构设计和表面化学改性是两种抑制锌枝晶的有效方法。在本论文第三章,以酸处理后的CC为导电基底,通过低温聚合反应,在碳纤维表面原位包覆了一层纳米尺度的锥状聚苯胺(PANI),经过不同温度碳化后,在CC表面获得氮掺杂的碳纳米锥杂化结构(CP-x)。研究发现,三维碳纳米锥能够有效降低CP-x电极表面的局部电流,而调控N原子的键合构型可以改善Zn的沉积环境。实验结果表明,经过700℃碳化得到的CP-700表面含有更多有利于锌离子结合的吡啶氮位点,从而诱导Zn在电极表面均匀成核,抑制Zn枝晶的形成。与未处理的CC及其他温度获得的CP-x相比,CP-700在不同电流密度下均显示出最小的成核过电位。在1 m A cm的电流密度和1 m Ah cm的面积容量下,CP-700‖CP-700对称电池可以稳定运行8000 h以上,其充放电电压波动小,电压滞后低,表明氮掺杂碳纳米锥结构可有效改善Zn的电镀/剥离环境。为了构筑与负极容量匹配的电容型正极材料,提升ZICs的比电容。论文第四章,以植物香蒲(TP)为原料,经过碳化和活化过程,制备了具有高比表面积和丰富孔径结构的生物质衍生多孔碳材料(CTP),研究了活化剂KOH对CTP碳材料结构的影响。以2 M的ZnSO为电解液,组装了对称电容器,研究了器件的充放电行为。当电流密度为0.2 A g时,CTP-6对称电容器可提供105 F g的比电容。此外,还探究了电解质种类和浓度对锌负极电化学性能的影响。以CTP-600为正极,CP-700预电镀Zn为负极,2 M的ZnSO为电解质,组装了水系ZICs。当电流密度为1 A g时,ZICs的比电容为170.2 F g,20000次循环后容量保持率为72%。在14.2 k W kg的功率密度下,最大能量密度为88 Wh kg。以上工作为构筑高性能ZICs提供了参考。

关键词：锌离子电容器氮掺杂碳纳米锥锌枝晶抑制水系电解质

MXene层间距与表面基团的调控及在微型超级电容器中的研究

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MXene层间距与表面基团的调控及在微型超级电容器中的研究

作者：彭如海安徽大学

学位级别：硕士

自第二次工业革命以来,人类对能源的需求越来越强烈,地球上大量的自然资源都已被发达国家所消耗,而且,很多资源在地球中都是不可再生、有限的,因此,人类想开展更多的可再生资源,满足人类的需求。能源是一个国家的发展基石,也是保证民生... 详细信息

自第二次工业革命以来,人类对能源的需求越来越强烈,地球上大量的自然资源都已被发达国家所消耗,而且,很多资源在地球中都是不可再生、有限的,因此,人类想开展更多的可再生资源,满足人类的需求。能源是一个国家的发展基石,也是保证民生的根本,在发展工业化进程中,能源的大量消耗是发展的必然要求。人类为了实现可持续发展的目标,就需要发展与应用可再生资源,电化学储能是开发可再生能源集成智能输电网络的重要组成部分。安全、成本和性能是发展电化学储能的关键因素。安全是电化学储能最优先考虑的因素,因为易燃的储能设备可能会造成损坏和爆炸,由于水具有不易燃的性质,电化学储能系统基于水系电解质比非水系电解质体系更安全。由于MXene是一种层状二维储能材料同时具有良好的物理化学性能以及优异的导电性,所以我们希望利用MXene这些特性作为电极材料去制备水系微型超级电容器从而实现电化学储能。在这里,我们通过使用一维细菌纤维素(BC)嵌入到Ti3C2Tx MXene中,增大其层间距,使其与多价载流子的库伦吸引力减弱,同时降低离子扩散的空间电阻,此外我们设计了一种中性电解液三氟甲烷磺酸镁(Mg(CF3SO3)2),使其电压窗口(0-1.2 V)较之前的酸性电解液(H2SO4)(0-0.6 V)提升了二倍,从而实现微型超级电容器的超高能量密度。再通过独特的“岛桥设计”实现其在拉伸变形的情况下仍然可以提供能量使电子设备正常工作。此外,由于利用HF溶液刻蚀MAX得到Ti3C2Tx MXene的过程中,会使Ti3C2Tx表面具有大量的官能团,例如-F,-OH,-O基团,通过调控这些表面官能团,极大地提升了微型超级电容器的面电容。(1)由于二维MXene层状材料的优异性能,使其成为超级电容器的热门研究材料之一,但是与多价载流子的强烈的库伦吸引力和空间电阻严重的限制了其能量密度和离子扩散速率,为了解决以上问题,我们使用一维细菌纤维素(BC)嵌入到Ti3C2Tx层间的方式,得到了Ti3C2Tx/BC混合膜,一方面BC撑开了了Ti3C2Tx的层间距,扩大了离子传输通道,降低了多价载流子的库伦吸引力,使更多的金属离子能够吸附到Ti3C2Tx表面,从而增大了电容器的容量,另一方面Ti3C2Tx离子传输通道的扩大可以使载流子的扩散速率得到极大地提升。另外由于传统硫酸电解液的低电压窗口(0-0.6 V),根据能量密度公式E=1/2CV极大地限制电容器的能量密度,在这里我们设计了一种中性的电解液三氟甲烷磺酸镁(Mg(CF3SO3)2)我们通过析氢反应(HER)和析氧反应(OER)发现,Ti3C2Tx/BC混合膜电极在中性电解液条件下的HER,OER较酸性电解液(H2SO4)条件下被显著的抑制,从而使电压窗口从(0-0.6 V)扩大到(0-1.2 V),最终我们设计的基于Ti3C2Tx/BC混合膜电极,电解液Mg(CF3SO3)2的水系微型超级电容器,实现了172 m F cm面电容和32μWh cm的高能量密度。为了使其具有实际应用的价值,基于独特的“岛桥”设计,使其在拉伸变形的条件下仍然可以输出可调节的能量使电子设备正常工作,同时通过“FEA”计算的理论结果也证明了实验的结果,“岛桥”设计可以有效地抵消由于拉力引起应变对电容器造成的影响。(2)在用HF溶液对MAX刻蚀后发现,得到的Ti3C2Tx表面具有大量的官能团,例如(-F、-OH、-O基团),我们引入BC到Ti3C2Tx MXene溶液中,一方面BC表面也有大量官能团,另一方面BC可以嵌入MXene的层间增大其层间距离使更多的离子吸附到MXene表面。再加入KOH溶液进行处理,最终得到了处理过后的混合膜,通过红外我们证实了Ti3C2Tx和BC表面的有大量基团,再通过XPS表征我们发现KOH处理后的MXene/BC混合膜较未处理的MXene/BC混合膜表面的氧官能团强度显著增加。通过电化学性能测试,发现加KOH溶液处理过后的混合膜作为电极(面电容223 m F cm,面能量密度42μWh cm)较未加KOH处理混合膜电极的水系对称微型超级电容器得到极大提升(面电容161 m F cm,面能量密度31μWh cm)。

关键词：电化学储能水系电解质 Ti3C2Tx 库伦吸引力空间电阻氧官能团