近日，吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室高宇教授与伦敦大学Yohan Dall’Agnese教授在MXene基全固态超级电容器方面取得新进展。研究成果以“Metal Ion-Induced Porous MXene for All-Solid-State Flexible Supercapacitors”为题，于2022年12月25日在线发表在《Nano Letters》。
电池、超级电容器等电化学储能装置在日常生活中应用广泛，但亟待进一步改进。电池储能通常可以获得较高的能量密度，但功率密度和稳定性相对较低。相比之下，超级电容器型储能具有较高的功率密度和优良的循环寿命，但能量密度较低。在MXene基储能材料中，由于较高的本征电子电导率，因此具有良好的快速充放电能力，但是目前大部分研究集中在液相体系下，在固相下的研究较少并且性能较差。因此，提升MXene材料在固态体系下的性能，例如高能量密度，功率密度以及使用寿命等，对促进MXene材料的实际用至关重要。
图：多孔MXene充放电机制及全固态超级电容器电化学性能
本题组通过一种简单且创新的方法采用金属离子诱导形成多孔柔性MXene材料从而提升其电化学性能。较大的层间间距有利于H+（H3O+）在层间的快速扩散，而纳米片上的孔洞有效减少了H+（H3O+）的迁移路径，从而提高了材料的插层赝电容。所制备的多孔Ti3C2Tx电极的比电容明显高于纯Ti3C2Tx MXene电极。其中Ti3C2Tx-Mn电极在扫描速率为1000 mV/s时，电容最高可达226 F/g。在10 A/g电流密度下测量的Ti3C2Tx-Mn电极的循环稳定性，其起始比容量为358 F/g，在50,000次循环后，仍然保留了高达306 F/g的电容，是其初始容量的85.59%。尤为值得关注的是，Ti3C2Tx-Mn电极具有良好的倍率性能和长循环稳定性。在电流密度为100 A/g的高电流密度情况下，经在10万次循环，仍能具有85.53%的容量保持率。以多孔MXene组装的对称全固态超级电容器也表现出优异的（体积）能量和功率密度，在55.3 W/cm3时为38.4 Wh/cm3，这远远高于先前报道的基于MXene的对称全固态超级电容器。
物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室徐华俊为本文的第一作者。本文通讯作者为吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室高宇教授与伦敦大学Yohan Dall’Agnese教授，该工作得到了国家自然科学基金以及吉林省科技厅等项目的资助。
谨以此文献给吉林大学物理学科七十华诞！
论文全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c04320
