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Surface terminals reconstruction:The way to widen the output voltage of MXene-based aqueous symmetrical microsupercapacitors

引用

Nano Research 2023年第5期16卷 6780-6788页

作者： Yudong Wu Jimin Fu Ningning He Jun Liu Tao Hua Chengbing Qin Haibo Hu School of Physics and Materials Science Key Laboratory of Structure and Functional Regulation of Hybrid MaterialsAnhui UniversityHefei 230601China Nanotechnology Centre Institute of Textiles&ClothingThe Hong Kong Polytechnic UniversityHung HomKowloon 999077Hong KongChina Institute of Solid State Physics Hefei Institutes of Physical ScienceChinese Academy of SciencesHefei 230031China State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices Institute of Laser SpectroscopyCollaborative Innovation Center of Extreme OpticsShanxi UniversityTaiyuanShanxi 030006China

The low anodic oxidation potential severely suppresses the output voltage(≤0.6 V)of MXene-based symmetrical aqueous microsupercapacitors(MSA-MSCs)employing acidic ***,a surface terminals reconstruction mechanism on cathode of MSA-MSCs adopting aqueous neutral electrolyte(1 M Na_(2)SO_(4))is first revealed by systematical electrochemical experiments and in/ex-situ spectral analysis,which indicates that:the-O terminals on Ti3C2Tx flakes of cathode can combine with intercalated Na+cations during charging process to reconstruct into-ONa units to(i)inhibit the splitting reaction of adjacent water molecules,decreasing cathodic hydrogen evolution potential,more significantly,(ii)lower the potential of zero voltage(P0V)between the symmetrical electrodes to avoid anode oxidation,enabling full use of the unexploited potential range of ***,the output voltage of the MSA-MSCs tremendously expanded from 0.6 V in acidic polyacrylamide(PAM)/1 M H_(2)SO_(4)hydrogel electrolyte to 1.5 V in neutral polyacrylamide/1 M Na2SO4 hydrogel electrolyte,boosting the corresponding areal energy density from 9.9 to 34.6μW·h·cm^(-2).The demonstrated deep insight on the surface terminals reconstruction mechanism for synchronously modulating the P0V between symmetrical electrodes and hydrogen evolution potential on cathode provides critical guidance for widening the cell voltage of MSA-MSCs with safer and more inexpensive neutral electrolytes.

关键词： terminals reconstruction MXene potential of zero voltage symmetrical micro-supercapacitor aqueous electrolyte

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