Desenvolvimento de micro-supercapacitores planos MXene aquosos de ampla faixa de temperatura e alta tensão
(a) A janela de estabilidade eletroquímica do eletrólito aquoso de LiCl de alta concentração se expande para ~ 2,7 V. (b) A janela de tensão do eletrodo de MXene em eletrólito aquoso de LiCl de alta concentração é ampliada para 1,8 V. (c) Instantâneos de trajetórias de equilíbrio de eletrólito aquoso LiCl de alta concentração. (d) Perfis de carga-descarga galvanostáticos de microssupercapacitores planares MXene com diferentes espessuras de microeletrodos. (e) Curvas de voltametria cíclica de microssupercapacitores planares MXene em diferentes temperaturas. (f) Imagens ópticas da letra “DICP”, composta por luzes LED, iluminadas por micro-supercapacitores planares MXene conectados em série em estados vestíveis de dobra. Crédito:Yuanyuan Zhu e Shuanghao Zheng. Crédito:Science China Press
Um estudo recente liderado pelo Prof. Zhong-Shuai Wu (Instituto Dalian de Física Química (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS)) e Prof. Hui-Ming Cheng (Instituto de Pesquisa de Metais do CAS) e publicado em
Revisão Nacional de Ciências examina micro-supercapacitores planares MXene aquosos.
MXenes, uma família de carbonetos e nitretos de metais de transição 2D com mais de 30 espécies, estão surgindo como materiais de eletrodos de alto desempenho. No entanto, um eletrodo de MXene é facilmente oxidado em alto potencial anódico em eletrólitos aquosos, e sua tensão de operação é normalmente limitada pela janela de estabilidade termodinâmica eletroquímica da água, resultando em pequenas tensões de operação geralmente menores que 0,6 V, o que limita muito a densidade de energia de MSCs baseados em MXene (MXene-MSCs).
Além disso, eletrólitos aquosos congelam facilmente em temperaturas abaixo de zero, levando a um declínio acentuado na condutividade iônica. Enquanto, em altas temperaturas, a estrutura dos eletrólitos aquosos é tão instável que é difícil reter as moléculas internas de água devido à volatilidade. Portanto, ainda é um grande desafio desenvolver eletrólitos aquosos com alta tensão e ampla faixa de temperatura.
"Desenvolvemos um eletrólito aquoso de LiCl de baixo custo, favorável ao meio ambiente e de alta concentração para regular a cinética da reação do MXene (Ti
3 C
2 T
x ) eletrodo e eletrólito, que não apenas ampliou a tensão de operação dos MXene-MSCs ao inibir a oxidação em alto potencial, mas também aumentou a faixa de temperatura devido a um baixo ponto de congelamento", disse o Prof. Wu.
Os MXene-MSCs aquosos planares simétricos fabricados com o eletrólito mencionado acima alcançaram uma tensão de operação de até 1,6 V e densidade de energia de até 31,7 mWh cm
-3
à temperatura ambiente.
O baixo ponto de congelamento (-57°C) do eletrólito LiCl-gel de alta concentração também permitiu que os MXene-MSCs operassem de forma estável em uma ampla faixa de temperatura (-40°C a 60°C). A escalabilidade e flexibilidade dos MXene-MSCs facilitam a sua integração em microeletrônica vestível.
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