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柔性二维Ti3C2Tx-V2O5薄膜电极及其高容量储能特性的研究

2021-08-31钱阿妞吴浩

山西大学学报(自然科学版) 2021年4期
关键词:结构

钱阿妞,吴浩

(山西大学 资源与环境工程研究所,山西 太原 030006)

0 引言

柔性可伸缩电子设备[1]因其在被弯曲、扭曲、对折、卷曲或拉伸之后还可以保持原来性能的优势越来越受欢迎。柔性电子设备不仅为传统电子行业带来了革命性的新概念和机遇,更给医疗产业带来了新希望。然而,限制柔性电子设备发展最大的挑战是匹配与之相适应的柔性可伸缩储能系统,因为在传统的储能系统中,如电池设备是刚性的,在弯曲或拉伸时容易发生电极材料与集流体的分离,导致电化学性能降低,严重的甚至发生短路。独立式导电薄膜,由于其优异的电化学性能、易于制造的优势,正在成为一种有吸引力的用于柔性储能装置的替代电极[2]。柔性薄膜电极一种为纸支撑电极[3],如石墨烯基、碳纳米管基纸状电极。另一种为无碳基金属化合物电极,如MoS2[4]和MoO3[5],其能够提供较高超级电容器储能电容量,但该类电极导电 性 差、电 极 结 构 不 稳 定。MXene[6],其 通 式 为Mn+1XnTx,其中M 是早期过渡金属,X 是C 和/或N,T 为表面终端,因其优异的导电性和化学稳定性的优点,具备较高储能能力。Ti3C2Tx作为MXene 典型代表,由于其低形成能而被广泛研究[7]。然而,有限的质量比电容(245 F·g-1)、较小层间距是实现柔性电极发挥高储能容量的障碍。

具有快速法拉第电荷转移的赝电容材料[8-9],包括过渡金属氧化物,如MnO2[10]、RuO2[11]和V2O5[12],由于其高理论电容(RuO2和MnO2分别为1 200 ~2 200 F·g-1和1380 F·g-1),可以作为有效电极。然而,RuO2价格昂贵($30 g-1~70 g-1),MnO2电导率低,严重阻碍了电容容量的贡献与提高。……

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